DE102005021365A1

DE102005021365A1 - Transgene Expressionskassetten zur Expression von Nukleinsäuren in Blütengeweben von Pflanzen

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Publication number: DE102005021365A1
Application number: DE102005021365A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Klebsattel; Ralf Dr. Flachmann; Matt Dr. Sauer; Christel Renate Dr. Schopfer
Original assignee: SunGene GmbH
Current assignee: SunGene GmbH
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2005-05-04
Publication date: 2006-11-09
Also published as: WO2006117381A3; WO2006117381A2; AU2006243199A1; US20090068163A1; EP1880011A2; CA2607160A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur gezielten, transgenen Expression von Nukleinsäuresequenzen in Blütengeweben von Pflanzen sowie transgene Expressionskassetten und Expressionsvektoren, die Promotoren mit einer Expressionsspezifität für Gewebe der Blüte enthalten. Die Erfindung betrifft ferner mit diesen transgenen Expressionskassetten oder Expressionsvektoren transformierte Organismen (bevorzugt Pflanzen), davon abgeleitete Kulturen, Teile oder Vermehrungsgut, sowie die Verwendung derselben zur Herstellung von Nahrungs-, Futtermitteln, Saatgut, Pharmazeutika oder Feinchemikalien.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur gezielten, transgenen Expression von Nukleinsäuresequenzen in Blütengeweben von Pflanzen, sowie transgene Expressionskassetten und Expressionsvektoren, die Promotoren mit einer Expressionsspezifität für Gewebe der Blüte enthalten. Die Erfindung betrifft ferner mit diesen transgenen Expressionskassetten oder Expressionsvektoren transformierte Organismen (bevorzugt Pflanzen), davon abgeleitete Kulturen, Teile oder Vermehrungsgut, sowie die Verwendung derselben zur Herstellung von Nahrungs-, Futtermitteln, Saatgut, Pharmazeutika oder Feinchemikalien.
Ziel biotechnologischer Arbeiten an Pflanzen ist die Herstellung von Pflanzen mit vorteilhaften, neuen Eigenschaften zum Beispiel zur Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität, zur Qualitätssteigerung bei Nahrungsmitteln oder zur Produktion bestimmter Chemikalien oder Pharmazeutika (Dunwell JM (2000) J Exp Bot 51 Spec No:487-96). Eine Grundvoraussetzung für die transgene Expression bestimmter Gene ist die Bereitstellung pflanzenspezifischer Promotoren. Promotoren sind wichtige Werkzeuge in der Pflanzenbiotechnologie, um die Expression bestimmter Gene in einer transgenen Pflanze zu steuern und so bestimmte Wesensmerkmals der Pflanze zu erzielen.
Verschiedene pflanzliche Promotoren sind bekannt, zum Beispiel konstitutive Promotoren wie der Promotor der Nopalinsynthase aus Agrobakterium, der TR-Doppelpromotor oder der Promotor des 35S-Transkriptes des Blumenkohlmosaikvirus (CaMV) (Odell et al.(1985) Nature 313:810–812). Nachteilig bei diesen Promotoren ist, dass sie in fast allen Geweben der Pflanze konstitutiv aktiv sind. Eine gezielte Expression von Genen in bestimmten Pflanzenteilen oder zu bestimmten Entwicklungszeitpunkten ist mit diesen Promotoren nicht möglich.
Beschrieben sind Promotoren mit Spezifitäten für verschiedene pflanzliche Gewebe wie Antheren, Ovarien, Blüten, Blätter, Stengel, Wurzeln, Knollen oder Samen. Die Stringenz der Spezifität, als auch die Expressionsaktivität dieser Promotoren ist sehr unterschiedlich.
Die pflanzliche Blüte dient der geschlechtlichen Fortpflanzung der Samenpflanzen. Pflanzliche Blüten – vor allem die Blütenblätter (Petalen) – akkumulieren häufig große Mengen sekundärer Pflanzenstoffe, wie beispielsweise Terpene, Anthocyane, Carotinoide, Alkaloide und Phenylpropanoide, die der Blüte als Duftstoffe, Abwehrstoffe oder als Farbstoffe dienen. Viele dieser Substanzen sind von ökonomischem Interesse. Zu dem ist die Blütenknospe und die Blüte der Pflanze ein empfindliches Organ, besonders gegen Stressfaktoren wie Kälte.
Der Arabidopsis thaliana Gen-Locus At5g33370 (abgeleitetes Protein GenBank Acc.-No.: NP_198322) kodiert für eine putatives GDSL-motif lipase/hydrolase family Protein.
Der Arabidopsis thaliana Gen-Locus At5g22430 (abgeleitetes Protein GenBank Acc.-No.: NP_568418) kodiert für ein expressed Protein. Der Arabidopsis thaliana Gen-Locus At1g26630 (abgeleitetes Protein GenBank Acc.-No.: NP_173985) kodiert für einen putativen eukaryotic translation initiation factor 5A/eIF-5. Der Arabidopsis thaliana Gen-Locus At4g35100 (abgeleitetes Protein GenBank Acc.-No.: NP_195236) kodiert für ein putatives plasma membrane intrinsic protein (SIMIP). Der Arabidopsis thaliana Gen-Locus At3g04290 (abgeleitetes Protein GenBank Acc.-No.: NP_187079) kodiert für ein putatives GDSL-motif lipase/hydrolase family Protein. Der Arabidopsis thaliana Gen-Locus At5g46110 (abgeleitetes Protein GenBank Acc.-No.: NP_568655) kodiert für einen putativen phosphate/triose-phosphate translocator.
Die Funktion, Transkriptions- und die Expressionsmuster dieser Gene sind nicht beschrieben.
Blütenspezifische Promotoren, wie beispielsweise der Phytoensynthase Promotor (WO 92/16635), der Promotor des P-rr Gens (WO 98/22593) oder der Promotor des APETALA3 Gens (Hill TA et al. (1998) Development 125:1711–1721) sind bekannt. Diese Promotoren weisen jedoch alle einen oder mehrere Nachteile auf, die eine breite Nutzung beeinträchtigen:

1) Sie sind innerhalb der Blüte spezifisch für ein oder mehrere Blütengewebe und gewährleisten nicht die Expression in allen Geweben der Blüte.
2) Sie sind – wie im Beispiel des an der Blütenentwicklung beteiligten APETALA3 Gens – während der Blütenentwicklung stark reguliert und nicht zu allen Phasen der Blütenentwicklung aktiv.
3) Sie zeigen mitunter starke Nebenaktivitäten in anderen pflanzlichen Geweben.

Es bestand daher die Aufgabe, Verfahren und geeignete Promotoren für die gezielte, transgene Expression von Nukleinsäuren in den Blütengeweben bereitzustellen. Diese Aufgabe wurde insbesondere durch Bereitstellung der Promotoren der Gene mit den Genlokusbezeichnungen At5g33370, At5g22430, At1g26630, At4g35100, At3g04290 und At5g46110 gelöst.

Diese Promotoren zeigen eine Expression in allen Blütenorganen. Dieses Expressionsmuster kann in der Blütenknospe, der Blüte und der seneszenten Blüte beobachtet werden.

Ein erster Gegenstand der Erfindung betrifft Verfahren zur gezielten, transgenen Expression von Nukleinsäuresequenzen in Blütengeweben von Pflanzen, wobei nachfolgende Schritte umfasst sind:

I. Einbringen einer transgenen Expressionskassette in pflanzliche Zellen, wobei die transgene Expressionskassette mindestens nachfolgende Elemente enthält a) mindestens eine Promotorsequenz ausgewählt aus der Gruppe von Sequenzen bestehend aus i) den Promotorsequenzen gemäß SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 11 und SEQ ID NO: 12 und ii) funktionellen Äquivalenten der Promotorsequenzen gemäß SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8 und SEQ ID NO: 9 mit im wesentlichen der gleichen Promotoraktivität wie ein Promotor gemäß SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 11 und SEQ ID NO: 12 und iii) funktionell äquivalenten Fragmenten der Sequenzen unter i) oder ii) mit im wesentlichen der gleichen Promotoraktivität wie eine Promotorsequenz gemäß i) oder ii) und b) mindestens eine weitere Nukleinsäuresequenz, und c) gegebenenfalls weitere genetische Kontrollelemente, wobei mindestens eine Promotorsequenz und eine weitere Nukleinsäuresequenz funktionell miteinander verknüpft sind und die weitere Nukleinsäuresequenz in Bezug auf die Promotorsequenz heterolog ist, und
II. Auswahl von transgenen Zellen, die besagte Expressionskassette stabil in das Genom integriert enthalten, und
III. Regeneration von vollständigen Pflanzen aus besagten transgenen Zellen, wobei mindestens eine der weiteren Nukleinsäuresequenz in im wesentlichen allen Blütengeweben exprimiert wird.

Ein weiterer Gegenstand betrifft transgene Expressionskassetten, wie sie z.B. in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommen können. Bevorzugt umfassen die transgenen Expressionskassetten zur gezielten, transgenen Expression von Nukleinsäuresequenzen in Blütengeweben von Pflanzen,

a) mindestens eine Promotorsequenz ausgewählt aus der Gruppe von Sequenzen bestehend aus i) den Promotorsequenzen gemäß SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 11 und SEQ ID NO: 12 und ii) funktionellen Äquivalenten der Promotorsequenzen gemäß SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8 und SEQ ID NO: 9 mit im wesentlichen der gleichen Promotoraktivität wie ein Promotor gemäß SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 11 und SEQ ID NO: 12 und iii) funktionell äquivalenten Fragmenten der Sequenzen unter i) oder ii) mit im wesentlichen der gleichen Promotoraktivität wie eine Promotorsequenz gemäß i) oder ii) und
b) mindestens eine weitere Nukleinsäuresequenz, und
c) gegebenenfalls weitere genetische Kontrollelemente, wobei mindestens eine Promotorsequenz und eine weitere Nukleinsäuresequenz funktionell miteinander verknüpft sind und die weitere Nukleinsäuresequenz in Bezug auf die Promotorsequenz heterolog ist.

Die erfindungsgemäßen Expressionskassetten können weitere genetische Kontrollsequenzen und/oder zusätzliche Funktionselemente enthalten.

Bevorzugt können die transgenen Expressionskassetten durch die transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz die Expression eines von besagter Nukleinsäuresequenz kodierten Proteins, und/oder die Expression einer von besagter Nukleinsäure sequenz kodierten sense-RNA, anti-sense-RNA oder doppelsträngigen RNA ermöglichen.

Die erfindungsgemäßen transgenen Expressionskassetten sind besonders vorteilhaft, da sie eine selektive Expression in den Geweben der Blütenknospe und der Blüte der Pflanze gewähren und zahlreiche Anwendungen, wie beispielsweise eine Resistenz gegen Stressfaktoren wie Kälte oder eine gezielte Synthese von sekundäre Pflanzenstoffe ermöglichen. Die Expression ist im wesentlichen konstant über den gesamten Entwicklungszeitraum der Blütenknospe und Blüte.

Die erfindungsgemäßen transgenen Expressionskassetten, die von ihnen abgeleiteten transgenen Expressionsvektoren und transgenen Organismen können funktionelle Äquivalente zu den unter SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12 beschriebenen Promotorsequenzen umfassen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft transgene Expressionsvektoren, die eine der erfindungsgemäßen Expressionskassetten enthalten.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft transgene Organismen, die eine der erfindungsgemäßen Expressionskassetten oder Expressionsvektoren enthalten. Der Organismus kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Bakterien, Hefen, Pilzen, nicht-menschlichen tierischen und pflanzlichen Organismen oder von diesen abgeleitete Zellen, Zellkulturen, Teile, Gewebe, Organe oder Vermehrungsgut, bevorzugt ist der Organismus ausgewählt aus der Gruppe der landwirtschaftlichen Nutzpflanzen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung der besagten Organismen oder von diesen abgeleitete Zellen, Zellkulturen, Teile, Gewebe, Organe oder Vermehrungsgut zur Herstellung von Nahrungs-, Futtermittel, Saatgut, Pharmazeutika oder Feinchemikalien, wobei die Feinchemikalien bevorzugt Enzyme, Vitamine, Aminosäuren, Zucker, gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren, natürliche oder synthetische Geschmacks-, Aroma- oder Farbstoffe sind. Erfindungsgemäß umfasst sind ferner Verfahren zur Herstellung besagter Nahrungs-, Futtermitteln, Saatgut, Pharmazeutika oder Feinchemikalien unter Einsatz der erfindungsgemäßen Organismen oder von diesen abgeleitete Zellen, Zellkulturen, Teile, Gewebe, Organe oder Vermehrungsgut.

Die Promotoraktivität eines funktionell äquivalenten Promotors wird als "im wesentlichen gleich" bezeichnet, wenn die Transkription einer bestimmten transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz unter Kontrolle des besagten funktionell äquivalenten Promotors unter ansonsten unveränderten Bedingungen eine gezielte Expression in im wesentlichen allen Blütengeweben zeigt.

"Blüte" meint allgemein einen Spross begrenzten Wachstums, dessen Blätter zu Fortpflanzungsorganen umgewandelt sind. Die Blüte besteht aus verschiedenen "Blütengeweben" wie z.B. den Kelchblätter (Sepalen), den Kronblätter (Petalen), den Staubblätter (oder Staub"gefäßen"; Stamina) oder den Fruchtblätter (Karpellen). Als Androeceum wird in der Blüte die Gesamtheit der Staubblätter (Stamina) bezeichnet. Die Staubblätter befinden sich innerhalb des Petalen- bzw. Sepalenkreises. Ein Staubblatt gliedert sich in ein Filament und eine am Ende sitzende Anthere. Diese wiederum unterteilt sich in zwei Theken, welche durch ein Konnektiv miteinander verbunden sind. Jede Theke besteht aus je zwei Pollensäcken, in denen der Pollen gebildet wird.

"Im wesentlichen alle Blütengewebe" meint in Bezug auf die Blütengewebe, dass einzelne dieser Gewebe insgesamt oder zu bestimmten Zeitpunkten der Entwicklung keine wesentliche Expression aufweisen können, wobei der Anteil dieser Gewebe jedoch bevorzugt weniger als 20 Gew-%, bevorzugt weniger als 10 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt weniger als 1 Gew-% an dem Gesamtgewicht der Blütengeweben beträgt.

"Gezielt" meint in Bezug auf die Expression in Blütengeweben bevorzugt, dass die Expression unter Kontrolle eines der erfindungsgemäßen Promotoren in den Blütengeweben bevorzugt mindestens das doppelte, ganz besonders bevorzugt mindestens das zehnfache, am meisten bevorzugt mindestens das hundertfache beträgt als in einem Nicht-Blütengewebe wie beispielsweise den Blättern.

Dass die erfindungsgemäßen Promotoren "im wesentlichen keine Expression in den Pollen und Ovarien zeigen", meint bevorzugt, dass die der statistischen Mittelwert der Expression über alle reproduktiven Blütengewebe maximal 10%, bevorzugt maximal 5%, am meisten bevorzugt maximal 1% des statistischen Mittelwerts der Expression über alle Blütengewebe unter den gleichen Bedingungen beträgt.

Bevorzugt ist die Expression innerhalb der Blütengewebe im wesentlichen konstant. "Im wesentlichen Konstant" bedeutet dabei bevorzugt, dass die Standartabweichung der Expression zwischen den einzelnen Blütengeweben bezogen auf den statistischen Mittelwert der Expression über alle Blütengewebe geringer ist als 50%, bevorzugt 20%, besonders bevorzugt 10%, ganz besonders bevorzugt 5%.

Bevorzugt ist die Expression innerhalb mindestens eines bestimmten Blütengewebes über alle Entwicklungsstufen der Blüte im wesentlichen konstant. "Im wesentlichen konstant" bedeutet dabei bevorzugt, dass die Standartabweichung der Expression zwischen den einzelnen Entwicklungszeitpunkten des jeweiligen Blütengewebes bezogen auf den statistischen Mittelwert der Expression über alle Entwicklungszeitpunkte geringer ist als 50%, bevorzugt 20%, besonders bevorzugt 10%, ganz besonders bevorzugt 5%.

Bevorzugt werden im Rahmen der Ermittlung der Expressionshöhe solche Nukleinsäuresequenzen in funktioneller Verknüpfung mit dem zu prüfenden Promotor eingesetzt, die für leicht quantifizierbare Proteine kodieren. Ganz besonders bevorzugt sind dabei Reporterproteine (Schenborn E, Groskreutz D (1999) Mol Biotechnol 13(1): 29–44) wie "green fluorescence protein" (GFP) (Chui WL et al. (1996) Curr Biol 6:325–330; Leffel SM et al.(1997) Biotechniques 23(5):912–8), Chloramphenicoltransferase, Luziferase (Millar et al. (1992) Plant Mol Biol Rep 10:324–414), β-Glucuronidase oder b-Galactosidase. Ganz besonders bevorzugt ist die β-Glucuronidase (Jefferson et al. (1987) EMBO J 6:3901–3907).

"Ansonsten unveränderte Bedingungen" bedeutet, dass die Expression, die durch eine der zu vergleichenden transgenen Expressionskassetten initiiert wird, nicht durch Kombination mit zusätzlichen genetischen Kontrollsequenzen, zum Beispiel Enhancer-Sequenzen, modifiziert wird. Unveränderte Bedingungen bedeutet ferner, dass alle Rahmenbedingungen wie beispielsweise Pflanzenart, Entwicklungsstadium der Pflanzen, Zuchtbedingungen, Assaybedingungen (wie Puffer, Temperatur, Substrate etc.) zwischen den zu vergleichenden Expressionen identisch gehalten werden.

"Transgen" meint – zum Beispiel bezüglich einer Expressionskassette, oder einen diese umfassenden Expressionsvektor oder transgenen Organismus, alle solche durch gentechnische Methoden zustandegekommene Konstruktionen, in denen sich entweder

a) der Promotor gemäß SEQ ID NO: 1, 4, 7, 10, 11 und 12 oder ein funktionelles Äquivalent desselben oder ein Teil der vorgenannten, oder
b) eine mit a) funktionell verknüpfte weitere Nukleinsäuresequenz, oder
c) (a) und (b) sich nicht in ihrer natürlichen, genetischen Umgebung befinden oder durch gentechnische Methoden modifiziert wurden, wobei die Modifikation beispielhaft eine Substitutionen, Additionen, Deletionen, Inversion oder Insertionen eines oder mehrerer Nukleotidreste sein kann. Bevorzugt ist die in den Expressionskassetten enthaltene erfindungsgemäße Promotorsequenz (z.B. die Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12) heterolog in Bezug auf die mit ihr funktionell verknüpfte, transgen zu exprimierende weitere Nukleinsäuresequzenz. "Heterolog" meint in diesem Zusammenhang, dass die weitere Nukleinsäuresequenz nicht für das Gen kodiert, das natürlicherweise unter der Kontrolle des besagten Promotors steht.

"Natürliche genetische Umgebung" meint den natürlichen chromosomalen Locus in dem Herkunftsorganismus oder das Vorliegen in einer genomischen Bibliothek. Im Fall einer genomischen Bibliothek ist die natürliche, genetische Umgebung der Nukleinsäuresequenz bevorzugt zumindest noch teilweise erhalten. Die Umgebung flankiert die Nukleinsäuresequenz zumindest an einer Seite und hat eine Sequenzlänge von mindestens 50 bp, bevorzugt mindestens 500 bp, besonders bevorzugt mindestens 1000 bp, ganz besonders bevorzugt mindestens 5000 bp. Eine natürlich vorkommendes Expressionskassette – beispielsweise die natürlich vorkommende Kombination des Promotors eines Gens kodierend für ein Protein gemäß der Gene mit den Genlokusbezeichnungen At5g33370, At5g22430, At1g26630, At4g35100, At3g04290 und At5g46110 oder ein funktionelles Äquivalent desselben mit seinen entsprechenden kodierenden Sequenzen wird zu einem transgenen Expressionskonstrukt, wenn diese durch nicht-natürliche, synthetische ("künstliche") Verfahren wie beispielsweise einer Mutagenisierung geändert wird. Entsprechende Verfahren sind beschrieben ( US 5,565,350 ; WO 00/15815; siehe auch oben).

"Transgen" meint in Bezug auf eine Expression ("transgene Expression") bevorzugt all solche unter Einsatz einer transgenen Expressionskassette, eines transgenen Expressionsvektors oder transgenen Organismus – entsprechend dem oben gegebenen Definitionen – realisierten Expressionen.

"Funktionelle Äquivalente" eines Promotors gemäß SEQ ID NO: 1, 4, 7, 10,11 und 12 meint insbesondere natürliche oder künstliche Mutationen eines Promotors, beispielsweise gemäß SEQ ID NO: 2, 3, 5, 6, 8, und 9, sowie homologe Sequenzen aus anderen Organismen, bevorzugt aus pflanzlichen Organismen, die im wesentlichen die gleiche Promotoraktivität wie einer der Promotoren gemäß SEQ ID NO: 1, 4, 7, 10,11 oder 12 aufweisen.

Funktionelle Äquivalente umfassen auch all die Sequenzen, die von dem komplementären Gegenstrang der durch SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12 definierten Sequenzen abgeleitet sind und im wesentlichen die gleiche Promotoraktivität aufweisen.

Funktionelle Äquivalente zu den Promotoren gemäß 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12 umfassen bevorzugt solche Sequenzen, die

a) im wesentlichen die gleiche Promotoraktivität wie einer der Promotoren gemäß SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12 aufweisen und
b) die eine Homologie aufweisen von mindestens 50%, bevorzugt 70%, vorzugsweise mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90%, ganz besonders bevorzugt mindestens 95%, am meisten bevorzugt 99% zu der Sequenz eines der Promotoren gemäß SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12, wobei sich die Homologie über eine Länge von von mindestens 100 Basenpaaren, be vorzugt mindestens 200 Basenpaaren, besonders bevorzugt von mindestens 300 Basenpaaren, ganz besonders bevorzugt von mindestens 400 Basenpaaren, am meistens bevorzugt von mindestens 500 Basenpaaren erstreckt.

Dabei kann die Expressionshöhe der funktionellen Äquivalente sowohl nach unten als auch nach oben im Vergleich zu einem Vergleichswert abweichen. Bevorzugt sind dabei solche Sequenzen, deren Expressionshöhe, gemessen anhand der transkribierten mRNA oder dem infolge translatierten Protein, unter ansonsten unveränderten Bedingungen quantitativ um nicht mehr als 50%, bevorzugt 25%, besonders bevorzugt 10 von einem Vergleichswert erhalten mit denen durch SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12 beschriebenen Promotoren unterscheidet. Besonders bevorzugt sind solche Sequenzen, deren Expressionshöhe, gemessen anhand der transkribierten mRNA oder dem infolge translatierten Protein, unter ansonsten unveränderten Bedingungen quantitativ um mehr als 50%, bevorzugt 100%, besonders bevorzugt 500%, ganz besonders bevorzugt 1000% einen Vergleichswert erhalten mit dem durch SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12 beschriebenen Promotor übersteigt.

Beispiele für die in den erfindungsgemäßen transgenen Expressionskassetten oder transgenen Expressionsvektoren zum Einsatz kommenden Promotorsequenzen lassen sich beispielsweise in weiteren Organismen, deren genomische Sequenz bekannt ist, wie beispielsweise Arabidopsis thaliana, Brassica napus, Nicotiana tabacum, Solanum tuberosum, Helianthium annuus, Linum sativum durch Homologievergleiche in Datenbanken leicht auffinden. Bevorzugt kann man dazu von den kodierenden Regionen der Gene ausgehen, deren Promotoren beispielsweise durch SEQ ID NO 1, 4, 7, 10, 11 oder 12 beschrieben sind. Ausgehend von beispielsweise den cDNA Sequenzen die Sequenzen der Gene mit den Genlokusbezeichnungen At5g33370, At5g22430, At1g26630, At4g35100, At3g04290 und At5g46110 können die entsprechenden homologen Gene in anderen Pflanzenarten durch Durchmusterung von Datenbanken oder Genbanken (unter Verwendung von entsprechenden Gensonden) leicht in der dem Fachmann geläufigen Weise identifiziert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen funktionelle Äquivalente der Promotoren, beschrieben durch SEQ ID NO: 1, 4, 7, 10, 11 und 12, all solche Promotoren, die sich in einem pflanzlichen Organismus in 5'-Richtung vor einer genomischen Sequenz befinden, die für ein Protein mit einer Homologie von mindestens 60%, bevorzugt mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90%, am meisten bevorzugt mindestens 95% kodieren. Bevorzugt handelt es dabei um die Gene mit der Genlokusbezeichnungen At5g33370, At5g22430, At1g26630, At4g35100, At3g04290 und At5g46110 entsprechend den Proteinen mit den Sequenzen gemäß den Acc. No. NP_198322, NP_568418, NP_173985, NP_195236, NP_187079, NP_568655, wobei besagte Promotoren den natürlichen Promotor der besagten genomischen Sequenz darstellen.

Dem Fachmann sind verschiedene Verfahren bekannt, um ausgehend von einer Nukleinsäuresequenz (z.B. einem Gentranskript wie beispielsweise einer cDNA) den Promotor des entsprechenden Genes zu identifizieren und zu isolieren. Dazu stehen beispielsweise prinzipiell alle Methoden zur Amplifikation flankierender chromosomaler Sequenzen zur Verfügung. Die beiden am häufigsten genutzten Verfahren sind die inverse PCR ("iPCR"; schematisch dargestellt in 10) und die "Thermal Asymmetric Interlaced PCR" ("TAIL PCR").

Für die "iPCR" wird genomische DNA des Organismus, aus dem der funktionell äquivalente Promotor zu isolieren ist, mit einem gegebenen Restriktionsenzym komplett verdaut und anschließend werden in einem verdünnten Ansatz die einzelnen Fragmente rückligiert, also mit sich selbst zu einem ringförmigen Molekül verbunden. In der Vielzahl enstehender ringförmiger DNA-Moleküle befinden sich auch solche, die die bekannte Sequenz (beispielsweise die Sequenz kodierend für das homologe Protein) enthalten. Ausgehend davon kann das ringförmige Molekül mittels PCR amplifiziert werden, indem ein Primerpaar verwendet wird, bei dem beide Primer sich an den bekannten Sequenzabschnitt anlagern können. Eine Ausführungsmöglichkeit für die „iPCR" ist beispielhaft in Beispiel 4 wiedergegeben.

Die "TAIL-PCR" beruht auf der Verwendung von einerseits einem Satz sukzessive verkürzter hochspezifischer Primer, die sich an die bekannte genomische Sequenz (beispielsweise die Sequenz kodierend für das homologe Protein) anlagern, und andererseits einem Satz kürzerer Zufallsprimer mit geringer Schmelztemperatur, so dass eine sequenzunspezifischere Anlagerung an die bekannte genomische Sequenz flankierende genomische DNA erfolgt. Die Anlagerung der Primer an die zu amplifizierende DNA kann mit einer solchen Primerkombimation so gestaltet werden, dass eine spezifische Amplifikation der gewünschten Zielsequenz möglich wird. Eine Ausführungsmöglichkeit für die "TAIL-PCR" ist beispielhaft in Beispiel 4 wiedergegeben.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer transgenen Expressionskassette mit Spezifität für Blütengewebe, umfassend nachfolgende Schritte:

I. Isolation eines Promotors mit Spezifität für Blütengewebe, wobei bei der Isolation mindestens eine Nukleinsäuresequenz oder ein Teil derselben zum Einsatz kommt, wobei besagte Nukleinsäuresequenz für eine Aminosäuresequenz kodiert, die mindestens einen Teil der Sequenzen gemäß den Acc. No. NP_198322, NP_568418, NP_173985, NP_195236, NP_187079 oder NP_568655 umfasst;
II. funktionelle Verknüpfung besagten Promotors mit einer weiteren Nukleinsäuresequenz, wobei besagte Nukleinsäuresequenz in Bezug auf den Promotor heterolog ist.

Bevorzugt kodiert besagte Nukleinsäuresequenz für eine Aminosäuresequenz umfassend Sequenzen gemäß den Acc. No. NP_198322, NP_568418, NP_173985, NP_195236, NP_187079 oder NP_568655.

"Teil" meint in Bezug auf die Nukleinsäuresequenz bevorzugt eine Sequenz von mindestens 10 Basen, bevorzugt 15 Basen, besonders bevorzugt 20 Basen, am meisten bevorzugt 30 Basen. In einer Bevorzugten Ausführungsform basiert das erfindungsgemäße Verfahren auf der Polymerasekettenreaktion, wobei die besagte Nukleinsäuresequenz oder ein Teil derselben als Primer eingesetzt wird. Im Rahmen der funktionellen Verknüpfung können dem Fachmann bekannte Verfahren wie z.B. Ligation etc. eingesetzt werden (s.u.).

"Mutation" meint Substitution, Addition, Deletion, Inversion oder Insertion eines oder mehrerer Nukleotidreste. Somit werden beispielsweise auch solche Nukleotidsequenzen durch die vorliegende Erfindung mit umfasst, welche man durch Modifikation der Promotoren gemäß SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12 erhält. Ziel einer solchen Modifikation kann die weitere Eingrenzung der darin enthaltenen Sequenz oder z.B. auch die Einfügung weiterer Restriktionsenzymschnittstellen, die Entfernung überflüssiger DNA oder das Hinzufügen weiterer Sequenzen, zum Beispiel weiterer regulatorischer Sequenzen, sein.

Wo Insertionen, Deletionen oder Substitutionen, wie z.B. Transitionen und Transversionen, in Frage kommen, können an sich bekannte Techniken, wie in vitro-Mutagenese, "primer repair", Restriktion oder Ligation verwendet werden. Transition meint einen Basenpaaraustausch eines Purin/Pyrimidin-Paares in ein anderes Purin/Pyrimidin-Paar (z.B. A-T gegen G-C). Transversion meint einen Basenpaaraustausch eines Purin/Pyrimidin-Paares gegen ein Pyrimidin/Purin-Paar (z.B. A-T gegen T-A). Deletion meint die Entfernung eines oder mehrerer Basenpaare. Insertion meint die Einführung eines oder mehrerer Basenpaare.

Durch Manipulationen, wie z.B. Restriktion, "chewing-back" oder Auffüllen von Überhängen für "blunt ends" können komplementäre Enden der Fragmente für die Ligation zur Verfügung gestellt werden. Zu analogen Ergebnissen kann man auch unter Verwendung der Polymerasekettenreaktion (PCR) unter Verwendung spezifischer Oligonukleotid-Primer kommen.

Unter Identität zwischen zwei Nukleinsäuren wird die Identität der Nukleotide über die jeweils gesamte Nukleinsäurelänge verstanden, insbesondere die Identität die durch Vergleich mit Hilfe der Vector NTI Suite 7.1 Software der Firma Informax (USA) unter Anwendung der Clustal Methode (Higgins DG, Sharp PM. Fast and sensitive multiple sequence alignments on a microcomputer. Comput Appl. Biosci. 1989 Apr;5(2):151-1) unter Einstellung folgender Parameter berechnet wird: Multiple alignment parameter:

Gap opening penalty	10
Gap extension penalty	10
Gap separation penalty range	8
Gap separation penalty	off
% identity for alignment delay	40
Residue specific gaps	off
Hydrophilic residue gap	off
Transition weighing	0

Pairwise alignment parameter:

FAST algorithm	on
K-tuple size	1
Gap penalty	3
Window size	5
Number of best diagonals	5

Beispielhaft wird unter einer Sequenz, die eine Homologie von mindestens 50% auf Nukleinsäurebasis z.B. mit der Sequenz SEQ ID NO: 1 aufweist, eine Sequenz verstanden, die bei einem Vergleich mit der Sequenz SEQ ID NO: 1 nach obigem Programmalgorithmus mit obigem Parametersatz eine Homologie von mindestens 50% aufweist.

Unter Identität zwischen zwei Proteinen wird die Identität der Aminosäuren über die jeweils gesamte Proteinlänge verstanden, insbesondere die Identität die durch Vergleich mit Hilfe der Vector NTI Suite 7.1 Software der Firma Informax (USA) unter Anwendung der Clustal Methode (Higgins DG, Sharp PM. Fast and sensitive multiple sequence alignments on a microcomputer. Comput Appl. Biosci. 1989 Apr;5(2):151-1) unter Einstellung folgender Parameter berechnet wird: Multiple alignment parameter:

Gap opening penalty	10
Gap extension penalty	10
Gap separation penalty range	8

Gap separation penalty	off
% identity for alignment delay	40
Residue specific gaps	off
Hydrophilic residue gap	off
Transition weighing	0

Pairwise alignment parameter:

Unter Homologie zwischen zwei Polypeptiden wird die Identität der Aminosäuresequenz über die jeweilige Sequenzlänge verstanden, die durch Vergleich mit Hilfe des Programmalgorithmus GAP (Wisconsin Package Version 10.0, University of Wisconsin, Genetics Computer Group (GCG), Madison, USA) unter Einstellung folgender Parameter berechnet wird:

Gap Weight: 8	Length Weight: 2
Average Match: 2,912	Average Mismatch:–2,003

Beispielhaft wird unter einer Sequenz, die eine Homologie von mindestens 60% auf Proteinbasis mit den Sequenzen gemäß NP_198322, NP_568418, NP_173985, NP_195236, NP_187079, NP_568655 aufweisen, eine Sequenz verstanden, die bei einem Vergleich nach obigem Programmalgorithmus mit obigem Parametersatz eine Homologie von mindestens 60% aufweist.

Funktionelle Äquivalente meint ferner DNA Sequenzen, die unter Standardbedingungen mit einer der Nukleinsäuresequenzen kodierend für einen der Promotoren gemäß SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12 oder der zu diesen komplementären Nukleinsäuresequenzen hybridisieren und die im wesentlichen gleichen Promotoreigenschaften haben.

Der Begriff der Standardhybridisierungsbedingungen ist breit zu verstehen und meint sowohl stringente als auch weniger stringente Hybridisierungsbedingungen. Solche Hybridisierungsbedingungen sind unter anderem bei Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T et al., in Molecular Cloning – A Laboratory Manual, 2. Auflage, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989, Seiten 9.31–9.57 oder in Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, N.Y. (1989), 6.3.1–6.3.6. beschrieben. Beispielhaft können die Bedingungen während des Waschschrittes ausgewählt sein aus dem Bereich von Bedingungen begrenzt von solchen mit geringer Stringenz (mit ungefähr 2X SSC bei 50°C) und solchen mit hoher Stringenz (mit ungefähr 0.2X SSC bei 50°C bevorzugt bei 65°C) (20X SSC: 0,3 M Natriumcitrat, 3 M NaCl, pH 7.0). Darüber hinaus kann die Temperatur während des Waschschrittes von niedrig stringenten Bedingungen bei Raumtemperatur, ungefähr 22°C, bis zu stärker stringenten Bedingungen bei ungefähr 65°C angehoben werden. Beide Parameter, Salzkonzentration und Temperatur, können gleichzeitig variiert werden, auch kann einer der beiden Parameter konstant gehalten und nur der andere variiert werden. Während der Hybridisierung können auch denaturierende Agenzien wie zum Beispiel Formamid oder SDS eingesetzt werden. In Gegenwart von 50% Formamid wird die Hybridisierung bevorzugt bei 42°C ausgeführt. Einige beispielhafte Bedingungen für Hybridisierung und Waschschritt sind infolge gegeben:

(1) Hybridisierungsbedingungen mit zum Beispiel a) 4X SSC bei 65°C, oder b) 6X SSC, 0,5% SDS, 100 μg/ml denaturierte, fragmentierte Lachssperma-DNA bei 65°C, oder c) 4X SSC, 50% Formamid, bei 42°C, oder d) 2X oder 4X SSC bei 50°C (schwach stringente Bedingung), oder e) 2X oder 4X SSC, 30 bis 40% Formamid bei 42°C (schwach stringente Bedingung), oder f) 6x SSC bei 45°C, oder, g) 0,05 M Natriumphosphatpuffer pH 7,0, 2 mM EDTA, 1% BSA und 7% SDS.
(2) Waschschritte mit zum Beispiel a) 0,1X SSC bei 65°C, oder b) 0,1X SSC, 0,5% SDS bei 68°C, oder c) 0,1X SSC, 0,5% SDS, 50% Formamid bei 42°C, oder d) 0,2X SSC, 0,1% SDS bei 42°C, oder e) 2X SSC bei 65°C (schwach stringente Bedingung), oder f) 40 mM Natriumphosphatpuffer pH 7,0, 1% SDS, 2 mM EDTA.

Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer funktioneller Äquivalente umfassen bevorzugt die Einführung von Mutationen in einen der Promotoren gemäß SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12. Eine Mutagenese kann ungerichtet ("random") erfolgen, wobei die mutagenisierten Sequenzen anschließend bezüglich ihrer Eigenschaften nach einer "trial-and-error" Prozedur durchmustert werden. Besonders vorteilhafte Selektionskriterien umfassen beispielsweise die Höhe der resultierenden Expression der eingeführten Nukleinsäuresequenz in einem Blütengewebe.

Verfahren zur Mutagenisierung von Nukleinsäuresequenzen sind dem Fachmann bekannt und schließen beispielhaft die Verwendung von Oligonukleotiden mit einer oder mehr Mutationen im Vergleich zu der zu mutierenden Region ein (z.B. im Rahmen einer "site-specific mutagenesis"). Typischerweise kommen Primer mit ungefähr 15 bis ungefähr 75 Nukleotiden oder mehr zum Einsatz, wobei bevorzugt ca. 10 bis ca. 25 oder mehr Nukleotidreste an beiden Seiten der zu verändernden Sequenz lokalisiert sind. Details und Durchführung besagter Mutageneseverfahren sind dem Fachmann geläufig (Kunkel et al. (1987) Methods Enzymol 154:367–382; Tomic et al. (1990) Nucl Acids Res 12:1656; Upender et al. (1995) Biotechniques 18(1):29–30; US 4,237,224 ). Eine Mutagenese kann auch durch Behandlung von beispielsweise transgenen Expressionsvektoren, die eine der erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenzen enthalten, mit mutagenisierenden Agentien wie Hydroxylamin realisiert werden.

Alternativ können nicht-essentielle Sequenzen eines erfindungsgemäßen Promotors deletiert werden, ohne die genannten wesentlichen Eigenschaften signifikant zu beeinträchtigen. Derartige Deletionsvarianten stellen funktionelle Äquivalente zu den Promotoren, beschrieben durch SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12, oder zu funktionellen Äquivalenten derselben dar. Die Eingrenzung der Promotorsequenz auf bestimmte, essentielle regulatorische Regionen kann z.B. mit Hilfe von Suchroutine zur Suche von Promotorelementen vorgenommen werden. Oft sind in den für die Promotoraktivität relevanten Regionen bestimmte Promotorelemente gehäuft vorhanden. Diese Analyse kann beispielsweise mit Computerprogrammen wie dem Programm PLACE ("Plant Cis-acting Regulatory DNA Elements"; Higo K et al. (1999) Nucl Acids Res 27(1):297–300), der BIOBASE Datenbank "Transfac" (Biologische Datenbanken GmbH, Braunschweig; Wingender E et al. (2001) Nucleic Acids Res 29(1):281-3) oder Datenbank PlantCARE (Lescot M et al. (2002) Nucleic Acids Res 30(1):325-7) vorgenommen werden.

Bevorzugt umfassen die funktionell äquivalenten Fragmente eines der erfindungsgemäßen Promotoren – beispielsweise der Promotoren beschrieben durch SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12 – mindestens 200 Basenpaar, ganz besonders bevorzugt mindestens 500 Basenpaare, am meisten bevorzugt mindestens 1000 Basenpaare des 3'-Endes des jeweiligen erfindungsgemäßen Promotors – beispielsweise der Promotoren beschrieben durch SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12 -, wobei die Länge vom Transkriptionsstart ("ATG"-Kodon) in 5'-Richtung stromaufwärts gerechnet wird. Ganz besonders bevorzugte funktionelle Äquivalente sind die Promotorsequenzen beschrieben durch SEQ ID NO: 2, 3, 5, 6, 8 oder 9. Weitere funktionell äquivalente Fragmente können beispielsweise durch Deletion eventuell noch vorhandener 5'-untranslatierter Bereiche erzeugt werden. Zu diesem Zweck kann der Transkriptionsstart der entsprechenden Gene durch dem Fachmann geläufige Verfah ren (wie beispielsweise 5'-RACE) bestimmt und die 5'-untranslatierten durch PCR-vermittelte Methoden oder Endonukleaseverdau deletiert werden.

In erfindungsgemäßen transgenen Expressionskassetten steht mindestens einer der erfindungsgemäßen Promotoren (z.B. beschrieben durch SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12) in funktioneller Verknüpfung mit mindestens einer transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz.

Unter einer funktionellen Verknüpfung versteht man zum Beispiel die sequentielle Anordnung eines der erfindungsgemäßen Promotoren (z.B. beschrieben durch SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12) mit einer transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz und ggf. weiterer genetischer Kontrollsequenzen wie zum Beispiel einem Terminator oder einer Polyadenylierungssequenz derart, dass der Promotor seine Funktion bei der transgenen Expression der Nukleinsäuresequenz unter geeigneten Bedingungen erfüllen kann und die Expression der Nukleinsäuresequenz (d.h. Transkription und gegebenenfalls Translation) erfolgt. "Geeignete Bedingungen" meint dabei bevorzugt das Vorliegen der Expressionskassette in einer pflanzlichen Zelle, bevorzugt einer pflanzlichen Zelle umfasst von einem Blütengewebe einer Pflanze.

Bevorzugt sind Anordnungen, in denen die transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz hinter einem der erfindunsggemäßen Promotoren (z.B. beschrieben durch SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12) positioniert wird, so dass beide Sequenzen kovalent miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist dabei der Abstand zwischen der Promotorsequenz und der transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz geringer als 200 Basenpaare, besonders bevorzugt kleiner als 100 Basenpaare, ganz besonders bevorzugt kleiner als 50 Basenpaare.

Die Herstellung einer funktionellen Verknüpfung als auch die Herstellung eines transgenen Expressionskonstruktes kann mittels gängiger Rekombinations- und Klonierungstechniken realisiert werden, wie sie beispielsweise in Maniatis T, Fritsch EF und Sambrook J (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (NY), in Silhavy TJ, Berman ML und Enquist LW (1984) Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (NY) und in Ausubel FM et al. (1987) Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Assoc. and Wiley Interscience beschrieben sind. Zwischen beide Sequenzen können aber auch weitere Sequenzen positioniert werden, die zum Beispiel die Funktion eines Linkers mit bestimmten Restriktionsenzymschnittstellen oder eines Signalpeptides haben. Auch kann die Insertion von Sequenzen zur Expression von Fusionsproteinen führen. Bevorzugt kann das transgene Expressionskonstrukt, bestehend aus einer Verknüpfung von Promotor und zu exprimierender Nukleinsäuresequenz, integriert in einem Vektor vorliegen und durch zum Beispiel Transformation in ein pflanzliches Genom insertiert werden.

Unter einer Expressionskassette sind aber auch solche Konstruktionen zu verstehen, bei denen einer der erfindungsgemäßen Promotoren (z.B. beschrieben durch SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12), ohne dass er zuvor notwendigerweise mit einer zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz funktionell verknüpft wurde, zum Beispiel über eine gezielte homologe Rekombination oder eine zufällige Insertion in ein Wirtsgenom eingeführt wird, dort regulatorische Kontrolle über mit ihm dann funktionell verknüpfte endogene Nukleinsäuresequenzen übernimmt und die transgene Expression derselben steuert. Durch Insertion des Promotors – zum Beispiel durch eine homologe Rekombination – vor eine für ein bestimmtes Polypeptid kodierende Nukleinsäure erhält man eine erfindungsgemäße Expressionskassette, die die Expression des bestimmten Polypeptides selektiv in den Geweben der Blüte steuert. Auch kann beispielsweise der natürliche Promotor eines endogenen Gens gegen einen der erfindungsgemäßen Promotoren (z.B. beschrieben durch SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12) ausgetauscht und so das Expressionsverhalten des endogenen Gens modifiziert werden.

Ferner kann die Insertion des Promotors auch derart erfolgen, dass antisense-RNA zu der für ein bestimmtes Polypeptid kodierenden Nukleinsäure exprimiert wird. Damit wird selektiv die Expression des bestimmten Polypeptides in den Organen der Blüte herunter reguliert oder ausgeschaltet.

Analog kann auch eine transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz – zum Beispiel durch eine homologe Rekombination – hinter die Sequenz kodierend für einen der erfindungsgemäßen Promotoren (z.B. beschrieben durch SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12), die sich in ihrem natürlichen chromosomalen Kontext befindet, so platziert werden, dass man eine erfindungsgemäße Expressionskassette erhält, die die Expression der transgen zu exprimierenden Nukleinsäureseuquenz in den Blütengeweben steuert.

Die erfindungsgemäßen transgenen Expressionskassetten können weitere genetische Kontrollsequenzen umfassen. Der Begriff der genetischen Kontrollsequenzen ist breit zu verstehen und meint all solche Sequenzen, die einen Einfluss auf das Zustandekommen oder die Funktion einer erfindungsgemäßen transgenen Expressionskassette haben. Genetische Kontrollsequenzen modifizieren zum Beispiel die Transkription und Translation in prokaryotischen oder eukaryotischen Organismen. Vorzugsweise umfassen die erfindungsgemäßen transgenen Expressionskassetten 3'-stromabwärts von der jeweiligen transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz eine Terminatorsequenz als zusätzliche genetische Kontrollsequenz, sowie gegebenenfalls weitere übliche regulative Elemente, und zwar jeweils funktionell verknüpft mit der transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz.

Genetische Kontrollsequenzen umfassen auch weitere Promotoren, Promotorelemente oder Minimalpromotoren, die die expressionssteuernden Eigenschaften modifizieren können. So kann durch genetische Kontrollsequenzen zum Beispiel die gewebespezifische Expression zusätzlich abhängig von bestimmten Stressfaktoren erfolgen. Entsprechende Elemente sind zum Beispiel für Wasserstress, Abscisinsäure (Lam E und Chua NH, J Biol Chem 1991; 266(26):17131–17135) und Hitzestress (Schoffl F et al. (1989) Mol Gen Genetics 217(2–3):246–53) beschrieben.

Es können ferner weitere Promotoren funktionell mit der zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz verknüpft sein, die eine transgene Expression in weiteren Pflanzengeweben oder in anderen Organismen, wie zum Beispiel E.coli Bakterien ermöglichen. Als Promotoren kommen im Prinzip alle pflanzenspezifischen Promotoren in Frage. Pflanzenspezifische Promotoren meint grundsätzlich jeden Promotor, der die Expression von Genen, insbesondere Fremdgenen, in Pflanzen oder Pflanzenteilen, -zellen, -geweben, -kulturen steuern kann. Dabei kann die Expression beispielsweise konstitutiv, induzierbar oder entwicklungsabhängig sein. Bevorzugt sind konstitutive Promotoren, gewebespezifische Promotoren, entwicklungsabhängige Promotoren, chemisch-induzierbare stress-induzierbare oder pathogen-induzierbare Promotoren. Entsprechende Promotoren sind dem Fachmann allgemein bekannt.

Weitere vorteilhafte Kontrollsequenzen sind beispielsweise in den Promotoren grampositiver Bakterien wie amy und SPO2 oder in den Hefe- oder Pilzpromotoren ADC1, MFa, AC, P-60, CYC1, GAPDH, TEF, rp28, ADH zu finden.

Prinzipiell können alle natürlichen Promotoren mit ihren Regulationssequenzen wie die oben genannten für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Darüberhinaus können auch synthetische Promotoren vorteilhaft verwendet werden.

Genetische Kontrollsequenzen umfassen ferner auch die 5'-untranslatierten Regionen, Introns oder nichtkodierende 3'-Region von Genen wie beipielsweise das Actin-1 Intron, oder die Adh1-S Introns 1, 2 und 6 (allgemein: The Maize Handbook, Chapter 116, Freeling and Walbot, Eds., Springer, New York (1994)), bevorzugt der Gene mit dem Genlocus At5g33370, At5g22430, At1g26630, At4g35100, At3g04290 und At5g46110 aus Arabidopsis thaliana. Es kann gezeigt werden, dass derartige Regionen eine signifikante Funktion bei der Regulation der Genexpression spielen können. So wurde gezeigt, dass 5'-untranslatierte Sequenzen die transiente Expression heterologer Gene verstärken können. Beispielhaft für Translationsverstärker sei die 5'-Leadersequenz aus dem Tabak-Mosaik-Virus zu nennen (Gallie et al. (1987) Nucl Acids Res 15:8693–8711) und dergleichen. Sie können ferner die Gewebsspezifität fördern (Rouster J et al. (1998) Plant J 15:435–440). Die unter SEQ ID NO: 1, 4, 7, 10, 11 und 12 angegebenen Nukleinsäuresequenzen repräsentieren jeweils die Promotorregion und die 5'-untranslatierte Regionen bis vor das ATG-Startcodon der jeweiligen Gene mit dem Genlocus At5g33370, At5g22430, At1g26630, At4g35100, At3g04290 und At5g46110.

Das transgene Expressionskonstrukt kann vorteilhafterweise eine oder mehrere sogenannte "enhancer Sequenzen" funktionell verknüpft mit dem Promotor enthalten, die eine erhöhte transgene Expression der Nukleinsäuresequenz ermöglichen. Auch am 3'-Ende der transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenzen können zusätzliche vorteilhafte Sequenzen inseriert werden, wie weitere regulatorische Elemente oder Terminatoren. Die transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenzen können in einer oder mehreren Kopien im Genkonstrukt enthalten sein.

Als Kontrollsequenzen geeignete Polyadenylierungssignale sind pflanzliche Polyadenylierungssignale, vorzugsweise solche, die im wesentlichen T-DNA Polyadenylierungssignale aus Agrobakterium tumefaciens. Beispiele für besonders geeignete Terminatorsequenzen sind der OCS (Octopin-Synthase)-Terminator und der NOS (Nopalin-Synthase)-Terminator.

Als Kontrollsequenzen sind weiterhin solche zu verstehen, die eine homologe Rekombination bzw. Insertion in das Genom eines Wirtsorganismus ermöglichen oder die Entfernung aus dem Genom erlauben. Bei der homologen Rekombination kann zum Beispiel die kodierende Sequenz eines bestimmten endogenen Gens gegen die für eine dsRNA kodierende Sequenz gezielt ausgetauscht werden. Methoden wie die cre/lox-Technologie erlauben eine gewebespezifische, unter Umständen induzierbare Entfernung des transgenen Expressionskonstruktes aus dem Genom des Wirtsorganismus (Sauer B (1998) Methods 14(4):381–92). Hier werden bestimmte flankierende Sequenzen dem Zielgen angefügt (lox-Sequenzen), die später eine Entfernung mittels der cre-Rekombinase ermöglichen.

Eine transgene Expressionskassette und/oder die von ihm abgeleiteten transgenen Expressionsvektoren können weitere Funktionselemente enthalten. Der Begriff Funktionselement ist breit zu verstehen und meint all solche Elemente, die einen Einfluss auf Herstellung, Vermehrung oder Funktion der erfindungsgemäßen transgenen Expressionskonstrukte, der transgenen Expressionsvektoren oder der transgenen Organismen haben. Beispielhaft aber nicht einschränkend seien zu nennen:

a) Selektionsmarker, die eine Resistenz gegen Biozide wie Metabolismusinhibitoren (z.B. 2-Desoxyglucose-6-phosphat; WO 98/45456), Antibiotika (z.B. Kanamycin, G 418, Bleomycin, Hygromycin) oder – bevorzugt – Herbizide (z.B. Phosphinotricin) verleihen. Als Selektionsmarker seien beispielhaft genannt: Phosphinothricinacetyltransferasen (bar und pat Gen), welche Glutaminsynthaseinhibitoren inaktivieren, 5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphatsynthasen (EPSP Synthasegene), die eine Resistenz gegen Glyphosatr (N-(phosphonomethyl)glycin) verleihen, Glyphosatr degradierende Enzyme (gox-Genprodukt; Glyphosatoxidoreduktase), Dehalogenasen, welche z.B. Dalapon inaktivieren (deh Genprodukt), Sulfonylurea- und Imidazolinon inaktivierende Acetolactatsynthasen sowie Nitrilasen, welche z.B. Bromoxynil degradieren (bxn Genprodukt), das aasa-Genprodukt, das eine Resistenz gegen das Antibiotikum Apectinomycin verleih, Streptomycinphosphotransferasen (SPT), die eine Resistenz gegen Streptomycin gewähren, Neomycinphosphotransferasen (NPTII), die eine Resistenz gegen Kanamycin oder Geneticidin verleihen, das Hygromycinphosphotransferasen (HPT), die eine Resistenz gegen Hygromycin vermitteln, das Acetolactatsynthasen (ALS), die eine Resistenz gegen Sulfonylharnstoff-Herbizide verleihen (z.B. mutierte ALS-Varianten mit z.B. der S4 und/oder Hra Mutation).
b) Reportergene, die für leicht quantifizierbare Proteine kodieren und über Eigenfarbe oder Enzymaktivität eine Bewertung der Transformationseffizienz oder des Expressionsortes oder -zeitpunktes gewährleisten. Ganz besonders bevorzugt sind dabei Reporter-Proteine (Schenborn E, Groskreutz D. Mol Biotechnol. 1999; 13(1):29–44) wie das "green fluorescence protein" (GFP) (Sheen et al.(1995) Plant Journal 8(5):777–784), die Chloramphenicoltransferase, eine Luziferase (Ow et al. (1986) Science 234:856–859), das Aequorin-Gen (Prasher et al. (1985) Biochem Biophys Res Commun 126(3):1259–1268), die b-Galactosidase, ganz besonders bevorzugt ist die β-Glucuronidase (Jefferson et al. (1987) EMBO J 6:3901–3907).
c) Replikationsursprünge, die eine Vermehrung der erfindungsgemäßen transgenen Expressionskonstrukte oder transgenen Expressionsvektoren in zum Beispiel E.coli gewährleisten. Beispielhaft seien genannt ORI (origin of DNA replication), der pBR322 ori oder der P15A ori (Sambrook et al.: Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 2^nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989).
d) Elemente, die für eine Agrobakterium vermittelte Pflanzentransformation erforderlich sind, wie zum Beispiel die rechte oder linke Begrenzung der T-DNA oder die vir-Region.

"Einführen" umfasst im Rahmen der Erfindung alle Verfahren, die dazu geeignet sind, eine Nukleinsäuresequenz (beispielsweise eine erfindungsgemäße Expressionskassette) direkt oder indirekt, in einen Organismus (z.B. ein Pflanze) oder eine Zelle, Kompartiment, Gewebe, Organ oder Vermehrungsmaterial (z.B. Samen oder FRüchte) derselben einzuführen oder dort zu generieren. Direkte und indirekte Verfahren sind umfasst. Das Einbringen kann zu einer vorübergehenden (transienten) Präsenz besagter Nukleinsäuresequenz führen oder aber auch zu einer dauerhaften (stabilen). Einführen umfasst beispielsweise Verfahren wie Transfektion, Transduktion oder Transformation.

Die in den Verfahren verwendeten Organismen werden je nach Wirtsorganismus in dem Fachmann bekannter Weise angezogen bzw. gezüchtet.

Das Einführen einer erfindungsgemässen transgenen Expressionskassette in einen Organismus oder Zellen, Geweben, Organe, Teile bzw. Samen desselben (bevorzugt in Pflanzen bzw. pflanzliche Zellen, Gewebe, Organe, Teile oder Samen) kann vorteilhaft unter Verwendung von Vektoren realisiert werden, in denen die transgenen Expressionskassetten enthalten sind. Vektoren können beispielhaft Plasmide, Cosmide, Phagen, Viren oder auch Agrobakterien sein. Die transgenen Expressionskassetten können in den Vektor (bevorzugt ein Plasmidvektor) über eine geeignete Restriktionsschnittstelle insertiert werden. Der entstandene Vektor kann zunächst in E.coli eingeführt und amplifiziert werden. Korrekt transformierte E.coli werden selektioniert, gezüchtet und der rekombinante Vektor mit dem Fachmann geläufigen Methoden gewonnen. Restriktionsanalyse und Sequenzierung können dazu dienen, den Klonierungsschritt zu überprüfen. Bevorzugt sind solche Vektoren, die eine stabile Integration der Expressionskassette in das Wirtsgenom ermöglichen.

Die Herstellung eines transformierten Organismus (bzw. einer transformierten Zelle oder Gewebes) erfordert, dass die entsprechende DNA (z.B. der Expressionsvektor) oder RNA in die entsprechende Wirtszelle eingebracht wird. Für diesen Vorgang, der als Transformation (oder Transduktion bzw. Transfektion) bezeichnet wird, steht eine Vielzahl von Methoden zur Verfügung (Keown et al. (1990) Methods in Enzymology 185:527–537). So kann die DNA oder RNA beispielhaft direkt durch Mikroinjektion oder durch Bombardierung mit DNA-beschichteten Mikropartikeln eingeführt werden. Auch kann die Zelle chemisch, zum Beispiel mit Polyethylenglycol, permeabilisiert werden, so dass die DNA durch Diffusion in die Zelle gelangen kann. Die DNA kann auch durch Protoplastenfusion mit anderen DNA-enthaltenden Einheiten wie Minicells, Zellen, Lysosomen oder Liposomen erfolgen. Elektroporation ist eine weitere geeignete Methode zum Einführen von DNA, bei der die Zellen reversibel durch einen elektrischen Impuls permeabilisert werden. Entsprechende Verfahren sind beschrieben (beispielsweise bei Bilang et al. (1991) Gene 100:247–250; Scheid et al. (1991) Mol Gen Genet 228:104–112; Guerche et al. (1987) Plant Science 52:111–116; Neuhause et al. (1987) Theor Appl Genet 75:30–36; Klein et al. (1987) Nature 327:70–73; Howell et al. (1980) Science 208:1265; Horsch et al.(1985) Science 227:1229–1231; DeBlock et al. (1989) Plant Physiology 91:694–701; Methods for Plant Molecular Biology (Weissbach and Weissbach, eds.) Academic Press Inc. (1988); and Methods in Plant Molecular Biology (Schuler and Zielinski, eds.) Academic Press Inc. (1989)).

Als Vektoren zur Expression in E.coli sind bevorzugt pQE70, pQE60 und pQE-9 (QIAGEN, Inc.); pBluescript Vektoren, Phagescript Vektoren, pNH8A, pNH16a, pNH18A, pNH46A (Stratagene Cloning Systems, Inc.); ptrc99a, pKK223-3, pKK233-3, pDR540, pRIT5 (Pharmacia Biotech, Inc.).

Bevorzugte Vektoren zur Expression in Säugerzellen umfassen pWLNE0, pSV2CAT, pOG44, pXT1 und pSG (Stratagene Inc.); pSVK3, pBPV, pMSG und pSVL (Pharmacia Biotech, Inc.). Als induzierbare Vektoren seien pTet-tTak, pTet-Splice, pcDNA4/TO, pcDNA4/TO/LacZ, pcDNA6/TR, pcDNA4/TO/Myc-His/LacZ, pcDNA4/TO/Myc-His A, pcDNA4/TO/Myc-His B, pcDNA4/TO/Myc-His C, pVgRXR (Invitrogen, Inc.) oder die pMAM-Serie (Clontech, Inc.; GenBank Accession No.: U02443) zunennen. Diese stellen bereits das induzierbare regulatorische Kontrollelement beispielsweise für eine chemisch, induzierbare Expression zur Verfügung.

Vektoren für die Expression in Hefe umfassen beispielhaft pYES2, pYD1, pTEFI/Zeo, pYES2/GS, pPICZ, pGAPZ, pGAPZalph, pPIC9, pPIC3.5, PHIL-D2, PHIL-SI, pPIC3SK, pPIC9K, und PA0815 (Invitrogen, Inc.).

Klonierungsvektoren und Techniken zur genetischen Manipulation von Ciliaten und Algen sind dem Fachmann bekannt (WO 98/01572; Falciatore et al. (1999) Marine Biotechnology 1(3):239–251; Dunahay et al. (1995) J Phycol 31:10004–1012).

Prinzipiell sind für die Transformation tierischer Zellen oder von Hefezellen ähnliche Verfahren wie für die "direkte" Tranformation von pflanzlichen Zellen anzuwenden. Insbesondere Verfahren wie die Calciumphosphat oder Liposomen vermittelte Transformation oder aber Elektroporation sind bevorzugt.

Verschiedene Methoden und Vektoren zum Einschleusen von Genen in das Genom von Pflanzen sowie zur Regeneration von Pflanzen aus Pflanzengeweben oder Pflanzenzellen sind bekannt (Plant Molecular Biology and Biotechnology (CRC Press, Boca Raton, Florida), Kapitel 6/7, S. 71–119 (1993); White FF (1993) Vectors for Gene Transfer in Higher Plants; in: Transgenic Plants, Bd. 1, Engineering and Utilization, Hrsgb.: Kung and Wu R, Academic Press, 15–38; Jenes B et al. (1993) Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Bd. 1, Engineering and Utilization, Hrsgb.: Kung and R. Wu, Academic Press, S.128–143; Potrykus (1991) Annu Rev Plant Physiol Plant Molec Biol 42:205–225; Halford NG, Shewry PR (2000) Br Med Bull 56(1):62–73). Dazu zählen beispielhaft die oben erwähnten. Bei Pflanzen werden dabei die beschriebenen Methoden zur Transformation und Regeneration von Pflanzen aus Pflanzengeweben oder Pflanzenzellen zur transienten oder stabilen Transformation genutzt. Geeignete Methoden sind vor allem die Protoplastentransformation durch Polyethylenglykol-induzierte DNA-Aufnahme, Calciumphosphat-vermittelte Transformation, DEAE-Dextran-vermittelte Transformation, Liposomen vermittelte Transformation (Freeman et al. (1984) Plant Cell Physiol. 29:1353ff; US 4,536,475 ), biolistische Verfahren mit der Genkanone ("particle bombardment" Methode; US 5,100,792 ; EP-A 0 444 882; EP-A 0 434 616; Fromm ME et al. (1990) Bio/Technology 8(9):833–9; Gordon-Kamm et al. (1990) Plant Cell 2:603), die Elektroporation, die Inkubation trockener Embryonen in DNA-haltiger Lösung, Elektroporation (EP-A 290 395, WO 87/06614), Mikroinjektion (WO 92/09696, WO 94/00583, EP-A 0 331 083, EP-A 0 175 966) oder andere Methoden der direkten DNA-Einführung ( DE 4 005 152 , WO 90/12096, US 4,684,611 ). Physikalische Methoden der DNA-Einführung in pflanzliche Zellen sind im Überblick dargestellt bei Oard (1991) Biotech Adv 9:1–11.

Im Falle dieser "direkten" Transformationsmethoden sind keine besonderen Anforderungen an das verwendete Plasmid gestellt. Einfache Plasmide wie die der pUC-Reihe, pBR322, M13mp Reihe, pACYC184 etc. können verwendet werden. Sollen vollständige Pflanzen aus den transformierten Zellen regeneriert werden, so ist es erforderlich, dass sich auf dem Plasmid ein zusätzliches selektionierbares Markergen befindet.

Neben diesen "direkten" Transformationstechniken kann eine Transformation auch durch bakterielle Infektion mittels Agrobakterium (z.B. EP 0 116 718 ), virale Infektion mittels viraler Vektoren ( EP 0 067 553 ; US 4,407,956 ; WO 95/34668; WO 93/03161) oder mittels Pollen ( EP 0 270 356 ; WO 85/01856; US 4,684,611 ) durchgeführt werden.

Bevorzugt erfolgt die Transformation mittels Agrobakterien, die "entwaffnete" (disarmed) Ti-Plasmidvektoren enthalten, wobei deren natürliche Fährigkeit zum Gentransfer auf Pflanzen genutzt wird (EP-A 0 270 355; EP-A 0 116 718).

Agrobakterium-Transformation ist weit verbreitet für die Transformation von Dicotyledonen, wird aber auch zunehmend auf Monocotyledonen angewandt (Toriyama et al. (1988) Bio/Technology 6: 1072–1074; Zhang et al. (1988) Plant Cell Rep 7:379–384; Zhang et al. (1988) Theor Appl Genet 76:835–840; Shimamoto et al. (1989) Nature 338:274–276; Datta et al. (1990) Bio/Technology 8: 736–740; Christou et al. (1991) Bio/Technology 9:957–962; Peng et al. (1991) International Rice Research Institute, Manila, Philippines 563–574; Cao et al. (1992) Plant Cell Rep 11:585–591; Li et al. (1993) Plant Cell Rep 12:250–255; Rathore et al. (1993) Plant Mol Biol 21:871–884; Fromm et al. (1990) Bio/Technology 8:833–839; Gordon-Kamm et al. (1990) Plant Cell 2:603–618; D'Halluin et al. (1992) Plant Cell 4:1495–1505; Walters et al. (1992) Plant Mol Biol 18:189–200; Koziel et al. (1993) Biotechnology 11:194–200; Vasil IK (1994) Plant Mol Biol 25:925–937; Weeks et al. (1993) Plant Physiol 102:1077–1084; Somers et al. (1992) Bio/Technology 10:1589–1594; WO 92/14828; Hiei et al. (1994) Plant J 6:271–282).

Die für die Agrobakterium-Transformation meist verwendeten Stämme Agrobakterium tumefaciens oder Agrobakterium rhizogenes enthalten ein Plasmid (Ti bzw. Ri Plasmid), das auf die Pflanze nach Agrobakterium-Infektion übertragen wird. Ein Teil dieses Plasmids, genannt T-DNA (transferred DNA), wird in das Genom der Pflanzenzelle integriert. Alternativ können durch Agrobakterium auch binäre Vektoren (Mini-Ti-Plasmide) auf Pflanzen übertragen und in deren Genom integriert werden.

Die Anwendung von Agrobakterium tumefaciens für die Transformation von Pflanzen unter Verwendung von Gewebekulturexplantaten ist beschrieben (u.a. Horsch RB et al. (1985) Science 225:1229ff.; Fraley et al. (1983) Proc Natl Acad Sci USA 80: 4803–4807; Bevans et al. (1983) Nature 304:184–187). Viele Stämme von Agrobakterium tumefaciens sind in der Lage, genetisches Material – beispielsweise die erfindungsgemäßen Expressionskassetten – zu übertragen, wie z.B. die Stämme EHA101[pEHA101], EHA105[pEHA105], LBA4404[pAL4404], C58C1[pMP90] und C58C1[pGV2260] (Hood et al. (1993) Transgenic Res 2:208–218; Hoekema et al. (1983) Nature 303:179–181; Koncz and Schell (1986) Gen Genet 204:383–396; Deblaere et al. (1985) Nucl Acids Res 13: 4777–4788).

Werden Agrobakterien verwendet, so ist die Expressionskassette in spezielle Plasmide zu integrieren, entweder in einen Zwischenvektor (englisch: shuttle or intermediate vector) oder einen binären Vektor. Bevorzugt werden binäre Vektoren verwendet, die sowohl in E.coli als auch in Agrobakterium replizieren können. Sie enthalten in der Regel ein Selektionsmarkergen und einen Linker oder Polylinker, flankiert von der rechten und linken T-DNA Begrenzungssequenz. Sie können direkt in Agrobakterium transformiert werden (Holsters et al. (1978) Mol Gen Genet 163:181–187). Das in diesem Fall als Wirtsorganismus fungierende Agrobakterium sollte bereits ein Plasmid mit der vir-Region enthalten. Diese ist für die Übertragung der T-DNA auf die pflanzliche Zelle erforderlich. Ein so transformiertes Agrobakterium kann zur Transformation pflanzlicher Zellen verwendet werden. Die Verwendung von T-DNA zur Transformation pflanzlicher Zellen ist intensiv untersucht und beschrieben (EP-A 0 120 516; Hoekema, In: The Binary Plant Vector System, Offsetdrukkerij Kanters B.V., Alblasserdam, Chapter V; An et al. (1985) EMBO J 4:277–287). Verschiedene binäre Vektoren sind bekannt und teilweise kommerziell erhältlich wie zum Beispiel pBI101.2 oder pBIN19 (Clontech Laboratories, Inc. USA; Bevan et al.(1984) Nucl Acids Res 12:8711), pBinAR, pPZP200 oder pPTV.

Die mit einem solchen Vektor transformierten Agrobakterien können dann in bekannter Weise zur Transformation von Pflanzen, insbesondere von Kulturpflanzen, wie z.B. von Raps, verwendet werden, indem beispielsweise verwundete Blätter oder Blattstücke in einer Agrobakterienlösung gebadet und anschliessend in geeigneten Medien kultiviert werden. Die Transformation von Pflanzen durch Agrobakterien ist beschrieben (White FF (1993) Vectors for Gene Transfer in Higher Plants; in Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, herausgegeben von SD Kung and R Wu, Academic Press, S. 15–38; Jenes B et al.(1993) Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, herausgegeben von S.D. Kung and R. Wu, Academic Press, S.128–143; Potrykus (1991) Annu Rev Plant Physiol Plant Molec Biol 42:205–225). Aus den transformierten Zellen der verwundeten Blätter bzw. Blattstücke können in bekannter Weise transgene Pflanzen regeneriert werden, die integriert die oben beschriebenen erfindungsgemässen Expressionssysteme enthalten.

Stabil transformierte Zellen (d.h. solche, die die eingeführte DNA integriert in die DNA der Wirtszelle enthalten) können von untransformierten selektioniert werden, wenn ein selektionierbarer Marker Bestandteil der eingeführten DNA ist. Als Marker kann beispielhaft jedes Gen fungieren, dass eine Resistenz gegen ein Biozid (z.B. ein Antibiotikum oder Herbizid (s.o.) zu verleihen vermag (s.o.). Transformierte Zellen, die ein solches Markergen exprimieren, sind in der Lage, in der Gegenwart von Konzentrationen eines entsprechenden Biozids zu überleben, die einen untransformierten Wildtyp abtöten. Der Selektionsmarker erlaubt die Selektion von transformierten Zellen von untransformierten (McCormick et al. (1986) Plant Cell Reports 5:81–84). Die erhaltenen Pflanzen können in üblicher Weise gezüchtet und gekreuzt werden. Zwei oder mehr Generationen sollten kultiviert werden, um sicherzustellen, dass die genomische Integration stabil und vererblich ist.

Sobald eine transformierte Pflanzenzelle hergestellt wurde, kann eine vollständige Pflanze unter Verwendung von dem Fachmann bekannten Verfahren erhalten werden. Hierbei geht man beispielhaft von Kalluskulturen, einzelnen Zellen (z.B. Protoplasten) oder Blattscheiben aus (Vasil et al. (1984) Cell Culture and Somatic Cel Genetics of Plants, Vol I, II and III, Laboratory Procedures and Their Applications, Academic Press; Weissbach and Weissbach (1989) Methods for Plant Molecular Biology, Academic Press). Aus diesen noch undifferenzierten Kallus-Zellmassen kann die Bildung von Spross und Wurzel in bekannter Weise induziert werden. Die erhaltenen Sprösslinge können ausgepflanzt und gezüchtet werden. Entsprechende Verfahren sind beschrieben (Fennell et al. (1992) Plant Cell Rep. 11: 567–570; Stoeger et al (1995) Plant Cell Rep. 14:273–278; Jahne et al. (1994) Theor Appl Genet 89:525–533).

Die Wirksamkeit der Expression der transgen exprimierten Nukleinsäuren kann beispielsweise in vitro durch Sprossmeristemvermehrung unter Verwendung einer der oben beschriebenen Selektionsmethoden ermittelt werden. Zudem kann eine in Art und Höhe veränderte Expression eines Zielgens und die Auswirkung auf den Phänptyp der Pflanze an Testpflanzen in Gewächshausversuchen getestet werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft transgene Organismen, transformiert mit wenigstens einer erfindungsgemässen Expressionskassette oder einem erfindungsgemässen Vektor, sowie Zellen, Zellkulturen, Gewebe, Teile – wie zum Beispiel bei pflanzlichen Organismen Blätter, Wurzeln usw.- oder Vermehrungsgut abgeleitet von solchen Organismen.

Unter Organismus, Ausgangs- oder Wirtsorganismen werden prokaryotische oder eukaryotische Organismen, wie beispielsweise Mikroorganismen oder pflanzliche Orga nismen verstanden. Bevorzugte Mikroorganismen sind Bakterien, Hefen, Algen oder Pilze.

Bevorzugte Bakterien sind Bakterien der Gattung Escherichia, Erwinia, Agrobakterium, Flavobacterium, Alcaligenes, Pseudomonas, Bacillus oder Cyanobakterien zum Beispiel der Gattung Synechocystis und weitere in Brock Biology of Microorganisms Eighth Edition auf den Seiten A-8, A-9, A10 und A11 beschriebenen Bakteriengattungen.

Bevorzugt sind vor allem Mikroorganismen, welche zur Infektion von Pflanzen und damit zur Übertragung der erfindungsgemässen Konstrukte befähigt sind. Bevorzugte Mikroorganismus sind solche aus der Gattung Agrobakterium und insbesondere der Art Agrobakterium turnefaciens. Besonders bevorzugte Mikroorganismen sind solche, die zur Produktion von Toxinen (z.B. Botulinus Toxin), Pigmenten (z.B. Carotinoiden oder Flavonoiden), Antibiotika (z.B. Penicillin), Phenylpropanoiden (z.B. Tocopherol), Polyungesättigten Fettsäuren (z.B. Arachidonsäure) oder Vitaminen (z.B. Vitamin B12) befähigt sind.

Bevorzugte Hefen sind Candida, Saccharomyces, Hansenula, Phaffia rhodozyma oder Pichia.

Bevorzugte Pilze sind Aspergillus, Trichoderma, Blakeslea, Ashbya, Neurospora, Fusarium, Beauveria oder weitere in Indian Chem Engr. Section B. Vol 37, No 1,2 (1995) auf Seite 15, Tabelle 6 beschriebene Pilze.

Als transgene Organismen bevorzugte Wirts- oder Ausgangsorganismen sind vor allem pflanzliche Organismen.

"Pflanzlicher Organismus oder von diesem abgeleitete Zellen" meint allgemein jede Zelle, Gewebe, Teile oder Vermehrungsgut (wie Samen oder Früchte) eines zur Photosynthese befähigten Organismus. Eingeschlossen sind im Rahmen der Erfindung alle Gattungen und Arten höherer und niederer Pflanzen des Pflanzenreiches. Einjährige, mehrjährige, monocotyledone und dicotyledone Pflanzen sind bevorzugt.

"Pflanze" im Rahmen der Erfindung meint alle Gattungen und Arten höherer und niederer Pflanzen des Pflanzenreiches. Eingeschlossen unter dem Begriff sind die reifen Pflanzen, Saatgut, Sprosse und Keimlinge, sowie davon abgeleitete Teile, Vermehrungsgut (zum Beispiel Knollen, Samen oder Früchte), Pflanzenorgane, Gewebe, Protoplasten, Kallus and undere Kulturen, zum Beispiel Zell- oder Kalluskulturen, sowie alle anderen Arten von Gruppierungen von Pflanzenzellen zu funktionellen oder strukturellen Einheiten. Reife Pflanzen meint Pflanzen zu jedem beliebigen Entwicklungs stadium jenseits des Keimlings. Keimling meint eine junge, unreife Pflanze in einem frühen Entwicklungsstadium.

Pflanzliche Organismen im Sinne der Erfindung sind weiterhin weitere photosynthetisch aktive Organismen, wie zum Beispiel Algen, Cyanobakterien sowie Moose. Bevorzugte Algen sind Grünalgen, wie beispielsweise Algen der Gattung Haematococcus, Phaedactylum tricornatum, Pirellula, Volvox oder Dunaliella. Insbesondere bevorzugt sind Synechocystis, Chlamydomonas und Scenedesmus.

Im Rahmen des erfindungesgemäßen Verfahrens sind insbesondere pflanzliche Organismen bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe der Blütenpflanzen (Phylum Anthophyta "Angiospermen"). Umfasst sind alle einjährigen und mehrjährige, monokotyledonen und dikotyledonen Pflanzen. Bevorzugt ist die Pflanze aus nachfolgenden Pflanzenfamilien ausgewählt: Amaranthaceae, Amaryllidaceae, Asteraceae, Berberidaceae, Brassicaceae, Cannabaceae, Caprifoliaceae, Caryophyllaceae, Chenopodiaceae, Compositae, Cruciferae, Cucurbitaceae, Fabaceae, Gentianaceae, Geraniaceae, Illiaceae, Labiatae, Lamiaceae, Leguminosae, Liliaceae, Linaceae, Papaveraceae, Papilionoideae, Liliaceae, Linaceae, Malvaceae, Oleaceae, Orchidaceae, Poaceae, Primulaceae, Ranunculaceae, Rosaceae, Rubiaceae, Saxifragaceae, Scrophulariaceae, Solanaceae, Sterculiaceae, Tetragoniacea, Theaceae, Tropaeolaceae, Umbelliferae und-Vitaceae.

Die Erfindung wird ganz besonders bevorzugt auf dikotyledone pflanzliche Organismen angewendet. Bevorzugte dikotyle Pflanzen sind insbesondere ausgewählt aus den dikotylen Kulturpflanzen, wie zum Beispiel den nachfolgenden

1) Kategorie: Dicotyledonae (Dicotyledonen). Bevorzugte Familien: – Aceraceae (Ahornhölzer) – Cactaceae (Kakteen) – Rosaceae (Rosen, Äpfel, Mandeln, Erdbeeren) – Salicaceae (Weiden) – Asteraceae (Compositae) besonders die Gattung Lactuca, ganz besonders die Art sativa (Salat), sowie Sonnenblume, Löwenzahn, Tagetes oder Calendula and andere mehr, – Cruciferae (Brassicaceae), besonders die Gattung Brassica, ganz besonders die Arten napus (Raps), campestris (Rübe), oleracea (z.B. Kohl, Blumenkohl oder Broccoli und weitere Kohlarten); und der Gattung Arabidopsis, ganz besonders die Art thaliana sowie Kresse, Rettich, Canola und andere mehr, – Cucurbitaceae wie Melone, Kürbis, Gurken oder Zucchini und andere mehr, – Leguminosae (Fabaceae) besonders die Gattung Glycine, ganz besonders die Art max (Sojabohne) Soja sowie Alfalfa, Erbse, Bohnengewächsen, Lupine oder Erdnuss und andere mehr, – Malvaceae insbesondere Malve, Baumwolle, eßbarer Eibisch, Hibiscus und andere mehr, – Rubiaceae, bevorzugt der Unterklasse Lamiidae wie beispielsweise Coffea arabica oder Coffea liberica (Kaffeestrauch) und andere mehr, – Solanaceae besonders die Gattung Lycopersicon, ganz besonders die Art esculentum (Tomate) und die Gattung Solanum, ganz besonders die Art tuberosum (Kartoffel) und melongena (Aubergine) und die Gattung Capsicum, ganz besonders die Art annum (Paprika), sowie Tabak, Petunie und andere mehr, – Sterculiaceae, bevorzugt der Unterklasse Dilleniidae wie beispielsweise Theobroma cacao (Kakaostrauch) und andere mehr, – Theaceae, bevorzugt der Unterklasse Dilleniidae wie beispielsweise Camellia sinensis oder Thea sinensis (Teestrauch) und andere mehr, – Umbelliferae (Apiaceae), besonders die Gattung Daucus (ganz besonders die Art carota (Karotte)), Apium (ganz besonders die Art graveolens dulce (Sellerie)) sowie Petersilie und andere mehr; sowie Lein, Hanf, Flachs, Spinat, Möhre, Zuckerrübe und den verschiedenen Baum-, Nuss- und Weinarten, insbesondere Banane und Kiwi.

Darüberhinaus sind jedoch auch monokotyle Pflanzen geeignet. Bevorzugt sind diese ausgewählt aus den monokotylen Kulturpflanzen, wie zum Beispiel den Familien

– Arecaceae (Palmen)
– Bromeliaceae (Ananas, spanisches Moos)
– Cyperaceae (Seggen)
– Liliaceae (Lillien, Tulpen, Hyazinthen, Zwiebel, Knoblauch)
– Orchidaceae (Orchideen)
– Poaceae (Gräser, Bambusse, Mais, Zuckerrohr, Weizen)
– Iridaceae (Blenden, Gladiolen, Krokusse)

Ganz besonders bevorzugt sind Gramineae wie Reis, Mais, Weizen oder andere Getreidearten wie Gerste, Hirse, Roggen, Triticale oder Hafer sowie dem Zuckerrohr sowie alle Arten von Gräsern.

Ganz besonders bevorzugte Pflanzen sind ausgewählt aus der Gruppe der Pflanzengattungen Marigold, Tagetes errecta, Tagetes patula, Acacia, Aconitum, Adonis, Arnica, Aquilegia, Aster, Astragalus, Bignonia, Calendula, Caltha, Campanula, Canna, Centaurea, Cheiranthus, Chrysanthemum, Citrus, Crepis, Crocus, Curcurbita, Cytisus, Delonia, Delphinium, Dianthus, Dimorphotheca, Doronicum, Eschscholtzia, Forsythia, Fremontia, Gazania, Gelsemium, Genista, Gentiana, Geranium, Gerbera, Geum, Grevillea, Helenium, Helianthus, Hepatica, Heracleum, Hisbiscus, Heliopsis, Hypericum, Hypochoeris, Impatiens, Iris, Jacaranda, Kerria, Laburnum, Lathyrus, Leontodon, Lilium, Linum, Lotus, Lycopersicon, Lysimachia, Maratia, Medicago, Mimulus, Narcissus, Oenothera, Osmanthus, Petunia, Photinia, Physalis, Phyteuma, Potentilla, Pyracantha, Ranunculus, Rhododendron, Rosa, Rudbeckia, Senecio, Silene, Silphium, Sinapsis, Sorbus, Spartium, Tecoma, Torenia, Tragopogon, Trollius, Tropaeolum, Tulipa, Tussilago, Ulex, Viola oder Zinnia, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe der Pflanzengattungen Marigold, Tagetes erecta, Tagetes patula, Lycopersicon, Rosa, Calendula, Physalis, Medicago, Helianthus, Chrysanthemum, Aster, Tulipa, Narcissus, Petunia, Geranium, Tropaeolum oder Adonis.

Im Rahmen der erfindungsgemässen Expressionskassette kann die Expression einer bestimmten Nukleinsäure durch einen Promotor mit Spezifität für die Organe der Blüte zu Bildung von sense-RNA, antisense RNA oder doppelsträngiger RNA in Form einer inversen Wiederholung (dsRNAi) führen. Die sense-RNA kann infolge in bestimmte Polypeptide translatiert werden. Mit der antisense-RNA und dsRNAi kann die Expression bestimmter Gene herunterreguliert werden.

Das Verfahren der Genregulation mittels doppelsträngiger RNA ("double-stranded RNA interference"; dsRNAi) ist vielfach in tierischen und pflanzlichen Organismen beschrieben (z.B. Matzke MA et al. (2000) Plant Mol Biol 43:401–415; Fire A et al (1998) Nature 391:806–811; WO 99/32619; WO 99/53050; WO 00/68374; WO 00/44914; WO 00/44895; WO 00/49035; WO 00/63364). Auf die in den angegebenen Zitaten beschriebenen Verfahren und Methoden wird ausdrücklich Bezug genommen.

Die Spezifität der erfindungsgemässen Expressionskonstrukte und Vektoren für pflanzliche Blüten ist besonders vorteilhaft. Die Blüte hat eine Funktion im Anlocken von Nutzinsekten durch Pigmenteinlagerung oder Synthese flüchtiger Chemikalien.

Oft sind die natürlichen Abwehrmechanismen der Pflanze zum Beispiel gegen Pathogene unzureichend. Die Einführung fremder Gene aus Pflanzen, Tieren, oder mikrobiellen Quellen kann die Abwehr verstärken. Beispiel sind der Schutz gegen Insektenfrass in Tabak durch Expression des Bacillus thuringiensis Endotoxin (Vaeck et al. (1987) Nature 328:33–37) oder der Schutz des Tabaks gegen Pilzbefall durch Expression einer Chitinase aus der Bohne (Broglie et al. (1991) Science 254:1194–1197).

Kälteeinbrüche in der Blütezeit führen jedes Jahr zu erheblichen Ernteverlusten. Eine gezielte Expression schützender Proteine gezielt in der Blüteperiode kann einen Schutz gewähren.

Für eine hohe Effizienz solcher gentechnischer Ansätze ist eine konzentrierte Expression der entsprechenden transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz vor allem in der äussersten Hülle der Blüte vorteilhaft. Eine konstitutive Expression in der gesamten Pflanze kann den Effekt zum Beispiel durch eine Verdünnung in Frage stellen oder das Wachstum der Pflanze bzw. die Qualität des Pflanzenproduktes beeinträchtigen. Außerdem kann es durch eine konstitutive Expression verstärkt zum Abschalten des Transgens kommen ("gene silencing").

Hierzu sind Promotoren mit Spezifität für die Blüte vorteilhaft. Dem Fachmann ist eine Vielzahl von Proteinen bekannt, deren rekombinante Expression in der Blüte vorteilhaft sind. Ferner sind dem Fachmann eine Vielzahl von Genen bekannt, durch deren Reprimierung oder Ausschaltung mittels Expression einer entsprechenden antisense-RNA ebenfalls vorteilhafte Effekte erreicht werden können. Beispielhaft jedoch nicht einschränkend für vorteilhafte Effekte seien zu nennen: Das Erzielen einer Resistenz gegen abiotische Stressfaktoren (Hitze, Kälte, Trockenheit, erhöhte Feuchtigkeit, Umweltgifte, UV-Strahlung) und biotische Stressfaktoren (Pathogene, Viren, Insekten und Krankheiten), die Verbesserung von Nahrungs- oder Futtereigenschaften, die Verbesserung der Wachstumsrate oder des Ertrages, das Erzielen einer längeren oder früheren Blütezeit, die Veränderung oder Verstärkung des Duftes oder der Farbgebung der Blüten. Für die in diesen Anwendungen einsetzbaren Nukleinsäuresequenzen oder Polypeptide seien beispielhaft, aber nicht einschränkend, zu nennen:

1. Verbesserter UV-Schutz der pflanzlichen Blüte durch Veränderung der Pigmentierung durch Expression bestimmer Polypeptide wie Enyzme oder Regulatoren der Flavonoidbiosynthese (z.B. Chalconsynthasen, Phenylalaninammoniumlyasen), der DNA-Reparatur (z.B. Photolyasen; Sakamoto A et al.(1998) DNA Seq 9(5–6):335–40), der Isoprenoidbiosynthese (z.B. Deoxyxylulose-5-phosphatsynthasen), der IPP-Synthese oder der Carotinoidbiosynthese (z.B. Phytoensynthasen, Phytoendesaturasen, Lycopincyclasen, Hydroxylasen oder Ketolasen). Bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für die Chalconsynthase aus Arabidopsis thaliana (Gen-Bank Acc.-No.: M20308), die 6-4 Photolyase aus Arabidopsis thaliana (GenBank Acc.-No.:BAB00748) oder das Blaulicht-Photorezeptor/Photolyase-Homolog (PHHI) aus Arabidopsis thaliana (GenBank Acc.-No.: U62549) oder funktionelle Äquivalente derselben kodieren.
2. Verbesserter Schutz der pflanzlichen Blüte gegen abiotische Stressfaktoren wie Trockenheit, Hitze, oder Kälte zum Beispiel durch Überexpression von dem "antifreeze"-Polypeptiden (z.B. aus Myoxocephalus Scorpius; WO 00/00512), dem Arabidopsis thaliana Transkriptionsaktivator CBF1, Glutamatdehydrogenasen (WO 97/12983, WO 98/11240), einem späten Embryogenesegen (LEA) zum Beispiel aus Gerste (WO 97/13843), Calcium-abhängigen Proteinkinasegenen (WO 98/26045), Calcineurinen (WO 99/05902), Farnesyltransferasen (WO 99/06580; Pei ZM et al. (1998) Science 282:287–290), Ferritin (Deak M et al. (1999) Nature Biotechnology 17:192–196), Oxalatoxidase (WO 99/04013; Dunwell JM (1998) Biotechnology and Genetic Engeneering Reviews 15:1–32), DREBIA-Faktor (dehydration response element B 1A; Kasuga M et al. (1999) Nature Biotechnology 17:276–286), Genen der Mannitol- oder Trehalosesynthese (z.B. Trehalosephosphatsynthasen; Trehalosephosphatphosphatasen, WO 97/42326); oder durch Inhibition von Genen wie der Trehalase (WO 97/50561). Besonders bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für den transkriptionellen Aktivator CBFI aus Arabidopsis thaliana (Gen-Bank Acc.-No.: U77378) oder das "antifreeze"-Protein" aus Myoxocephalus octodecemspinosus (GenBank Acc.-No.: AF306348) oder funktionelle Äquivalente derselben kodieren.
3. Erreichen einer Resistenz zum Beispiel gegen Pilze, Insekten, Nematoden und Krankheiten durch gezielte Absonderung oder Anreicherung bestimmter Metaboliten oder Proteine in der Blüte. Beispielhaft seien genannt Glucosinolate (Nematodenabwehr), Chitinasen oder Glucanasen und andere Enzyme, die die Zellwand von Parasiten zerstören, Ribosom-inaktivierende Proteine (RIPs) und andere Proteine der pflanzlichen Resistenz- und Stressreaktion, wie sie bei Verletzung oder mikrobiellen Befall von Pflanzen oder chemisch durch zum Beispiel Salicylsäure, Jasmonsäure oder Ethylen induziert werden, Lysozyme aus nicht-pflanzlichen Quellen wie zum Beispiel T4 Lysozym oder Lysozm aus verschiedenenen Säugern, insektizide Proteine wie Bacillus thuringiensis Endotoxin, a-Amylaseinhibitor oder Proteaseinhibitoren (cowpea Trypsininhibitor), Glucanasen, Lektine (z.B. Phytohemagglutinin, Schneeglöckchenlectin, Weizenkeimagglutinin), RNAsen oder Ribozyme. Besonders bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für die chit42 Endochitinase aus Trichoderma harzianum (GenBank Acc.-No.: S78423) oder für das N-hydroxylierende, multifunktionelle Cytochrom P-450 (CYP79) aus Sorghum bicolor (GenBank Acc.-No.: U32624) oder funktionelle Äquivalente derselben kodieren.
4. Erreichen einer Insektenabwehr oder -anlockung zum Beispiel durch erhöhte Freisetzung flüchtiger Duft- oder Botenstoffe durch zum Beispiel Enzyme der Terpenbiosynthese.
5. Erreichen einer Speicherfähigkeit in Blütengeweben, die normalerweise keine Speicherproteine oder -lipide enthalten mit dem Ziel, den Ertrag an diesen Substanzen zu erhöhen, z.B. durch Expression einer Acetyl-CoA-Carboxylase oder von Enzymen zur Veresterung von Metaboliten. Bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für die Acetyl-CoA Carboxylase (Accase) aus Medicago sativa (GenBank Acc.-No.: L25042) oder funktionelle Äquivalente derselben kodieren.
6. Expression von Transportproteinen, die die Aufnahme von Metaboliten, Nährstoffen oder Wasser in die Blüte verbessern und so das Blütenwachstum, die Metabolitenzusammensetzung oder den Ertrag optimieren, zum Beispiel durch Expression eines Aminosäuretransporters, der die Aufnahme von Aminosäuren beschleunigt, oder eines Monosaccharid-Transporters, der die Aufnahme von Zuckern fördert. Bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für den kationische Aminosäure-Transporter aus Arabidopsis thaliana (GenBank Acc.-No.: X92657) oder für den Monosaccharid-Transporter aus Arabidopsis thaliana (Gen-Bank Acc. No.: AJ002399) oder funktionelle Äquivalente deselben kodieren.
7. Expression von Genen, die eine Akkumulation von Feinchemikalien, wie von Tocopherolen, Tocotrienolen, Phenylpropanoiden, Isoprenoiden oder Carotiniden, in der Blüte bewirken. Beispielhaft seien die Deoxyxylulose-5-phosphatsynthasen, Phytoensynthasen, Lycopin-b-cyklasen und die b-Carotinketolasen genannt. Bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für die Haematoccus pluvialis NIES-144 (Acc. No. D45881) Ketolase oder funktionelle Äquivalente derselben kodieren.
8. Modifikation der Wachsesterbildung oder der Zusammensetzung der eingelagerten Oligosaccharide zur Verbesserung des Schutzes gegen Umwelteinflüsse oder zur Verbesserung der Verdaubarkeit beim Einsatz in Futter- oder Nahrungsmitteln. Beispielhaft sein die Überexpression der Endoxyloglucantransferase genannt. Bevorzug sind Nukleinsäuren, die für die Endo-xyloglucantransferase (EXGT-AI) aus Arabidopsis thaliana (Gen-Bank Acc.-No.:AF163819} oder funktionelle Äquivalente derselben kodieren.
9. Expression von Genen, DNA Bindeproteinen, dsRNA und antisense Konstruktionen, zur Veränderung der Blütenmorphologie, des Blühzeitpunktes und der Blütenseneszenz sowie des Blütenmetabolismus. Bevorzugt sind Konstruktionen, die die Anzahl der Petalen erhöhen z.B. durch Herunterregulation von AGAMOUS und dessen homologen Genen (Yanofsky MF et al. (1990) Nature 346:35–39) den Blühzeitpunkt verfrühen z.B. durch Herunterregulation von FLOWERING LOCUS C (FLC) (Tadege M et al. (2001) Plant J 28(5):545–53) oder verspäten z.B. durch Überexpression von FLC und die Seneszenz verzögern z.B. durch Vermittlung einer blütenspezifischen Ethyleninsensitivität.
10. Erzeugung von sterilen Pflanzen durch Verhinderung der Befruchtung und/oder der Keimung mit Hilfe der Expression eines geeigneten Inhibitors zum Beispiel eines Toxins in Blüten.
11. Produktion von Nutraceuticals wie zum Beispiel a) Carotinoide und/oder Phenylpropanoide z.B. durch Optimierung der blüteneigenen Stoffwechselwege z.B. durch Expression von Enzymen und Regulatoren der Isoprenoidbiosynthese. Bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für die Chalconsynthase aus Arabidopsis thaliana (GenBank Acc.-No.: M20308), die 6-4 Photolyase aus Arabidopsis thaliana (GenBank Acc.No.:BAB00748) oder den Blaulicht-Photorezeptor/Photolyase Homolog (PHHI) aus Arabidopsis thaliana (GenBank Acc.-No.: U62549) oder funktionelle Äquivalente derselben kodieren. Ebenso bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für Enzyme und Regulatoren der Isoprenoidbiosynthese wie die Deoxyxylulose-5-phosphatsynthasen und der Carotinoidbiosynthese wie die Phytoensynthasen, Lycopincyclasen und Ketolasen wie von Tocopherolen, Tocotrienolen, Phenylpropanoiden, Isoprenoiden oder Carotiniden, in der Blüte bewirken. Beispielhaft seien die Deoxyxylulose-5-phosphatsynthasen, Phytoensynthasen, Lycopincyclasen und die Carotinketolasen genannt. Besonders devorzugt sind Nukleinsäuren, die für die Haematoccus pluvialis, NIES-144 (Acc. No. D45881) Ketolase oder funktionelle Äquivalente kodieren. b) Polyungesättigte Fettsäuren wie beispielsweise Arachidonsäure oder EP (Eicosapentaensäure) oder DHA (Docosahexaensäure) durch Expression von Fettsäureelongasen und/oder -desaturasen oder Produktion von Proteinen mit verbessertem Nahrungswert wie zum Beispiel mit einem hohen Anteil an essentiellen Aminosäuren (z.B. das methioninreiche 2S Albumingens der Brasilnuss). Bevorzugt sind Nukleinsäuren, die für das methioninreiche 2S-Albumin aus Bertholletia excelsa (GenBank Acc.-No.:AB044391), die D6-Acyllipiddesaturase aus Physcomitrella patens (GenBank Acc.-No.: AJ222980; Girke et al. (1998) Plant J 15:39–48), die D6-Desaturase aus Mortierella alpina (Sakura-dani et al 1999 Gene 238:445–453), die D5-Desaturase aus Caenorhabditis elegans (Michaelson et al. (1998) FEBS Letters 439:215–218), die D5-Fettsäuredesaturase (des-5) aus Caenorhabditis elegans (GenBank Acc.-No.: AF078796), die D5-Desaturase aus Mortierella alpina (Michaelson et al. J Biol Chem 273:19055–19059), die D6-Elongase aus Caenorhabditis elegans (Beaudoin et al. (2000) Proc Natl. Acad. Sci. 97:6421–6426), die A6-Elongase aus Physcomitrella patens (Zank et al. (2000,) Biochemical Society Transactions 28:654–657) oder funktionelle Äquivalente derselben kodieren.
12. Produktion von Pharmazeutika, wie zum Beispiel Antikörpern, Vakzinen, Hormonen und/oder Antibiotika wie z.B. beschrieben bei Hood EE & Jilka JM (1999) Curr Opin Biotechnol 10(4):382–6; Ma JK & Vine ND (1999) CurrTop Microbiol Immunol 236:275–92.

Weitere Beispiele für vorteilhafte Gene sind zum Beispiel genannt bei Dunwell JM (2000) Transgenic approaches to crop improvement. J Exp Bot. 51 Spec No:487–96.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung der oben beschriebenen erfindungsgemässen, transgenen Organismen und der von ihnen abgeleitete Zellen, Zellkulturen, Teile – wie zum Beispiel bei transgenen pflanzlichen Organismen Wurzeln, Blätter etc.-, und transgenes Vermehrungsgut wie Saaten oder Früchte, zur Herstellung von Nahrungs- oder Futtermitteln, Pharmazeutika oder Feinchemikalien.

Bevorzugt ist ferner ein Verfahren zur rekombinanten Herstellung von Pharmazeutika oder Feinchemikalien in Wirtsorganismen, wobei ein Wirtsorganismus mit einer der oben beschriebenen Expressionskassetten transformiert wird und diese Expressionskassette ein oder mehrere Strukturgene enthält, die für die gewünschte Feinchemikalie kodieren oder deren Biosynthese katalysieren, der transformierte Wirtsorganismus gezüchtet wird und die gewünschte Feinchemikalie aus dem Züchtungsmedium isoliert wird. Dieses Verfahren ist für Feinchemikalien wie Enzyme, Vitamine, Aminosäuren, Zucker, Fettsäuren, natürliche und synthetische Geschmacks-, Aroma- und Farbstoffe breit anwendbar. Besonders bevorzugt ist die Produktion von Tocopherolen und Tocotrienolen sowie Carotinoiden wie beispielsweise Astaxanthin. Die Züchtung der transformierten Wirtsorganismen sowie die Isolierung aus den Wirtsorganismen bzw. aus dem Züchtungsmedium erfolgt mit dem Fachmann bekannten Verfahren. Die Produktion von Pharmazeutika, wie zum Beispiel Antikörpern oder Vakkzinen ist beschrieben bei Hood EE & Jilka JM (1999) Curr Opin Biotechnol 10 (4)382–6; Ma JK & Vine ND (1999) Curr Top Microbiol Immunol 236:275–92.

Sequenzen:

Allgemeine Methoden:
Die chemische Synthese von Oligonukleotiden kann beispielsweise, in bekannter Weise, nach der Phosphoamiditmethode (Voet & Voet (1995), 2. Auflage, Wiley Press New York, Seite 896–897) erfolgen. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Klonierungsschritte wie z.B. Restriktionsspaltungen, Agarosegelelektrophorese, Reinigung von DNA-Fragmenten, Transfer von Nukleinsäuren auf Nitrozellulose und Nylonmembranen, Verknüpfen von DNA-Fragmenten, Transformation von E. coli Zellen, Anzucht von Bakterien, Vermehrung von Phagen und Sequenzanalyse rekombinanter DNA werden wie bei Sambrook et al. (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press; ISBN 0-87969-309-6 beschrieben durchgeführt. Die Sequenzierung rekombinanter DNA-Moleküle erfolgt mit einem Laserfluoreszenz-DNA-Sequenzierer der Firma ABI nach der Methode von Sanger (Sanger et al.(1977) Pro Natl Acad Sci USA 74:5463–5467).
Zur Herstellung transgener Arabidopsis Pflanzen wird Agrobakterium tumefaciens (Stamm C58C1 pMP90) mit verschiedenen Promotor-GUS Vektorkonstrukten transformiert. Die Agrobakterienstämme werden anschliessend zur Herstellung transgener Pflanzen verwendet. Dazu wird eine einzelne transformierte Agrobakterium Kolonie in einer 4 ml Kultur (Medium: YEB-Medium mit 50 μg/ml Kanamycin und 25 μg/ml Rifampicin über Nacht bei 28°C inkubiert. Mit dieser Kultur wird anschliessend eine 400 ml Kultur in demselben Medium angeimpft, über Nacht inkubiert (28°C, 220 U/min) und abzentrifugiert (GSA-Rotor, 8.000 U/min, 20 min). Das Pellet wird in Infiltrationsmedium (1/2 MS-Medium; 0,5 g/l MES, pH 5,8; 50 g/l Saccharose) resuspendiert. Die Suspension wird in eine Pflanzenbox (Duchefa) eingebracht und 100 ml SILVET L-77 (mit Polyalkylenoxid modifiziertes Heptamethyltrisiloxan; Osi Specialties Inc., Cat. P030196) wurde zu einer Endkonzentration von 0.02% hinzugegeben. Die Pflanzenbox mit 8 bis 12 Pflanzen wird in einem Exikator für 10 bis 15 Minuten einem Vakuum mit anschliessender spontaner Belüftung ausgesetzt. Dies wird 2 bis 3 Mal wiederholt. Hernach werden alle Pflanzen in Pflanztöpfe mit Feuchterde gepflanzt und unter Langtagbedingungen (16 h Beleuchtung) gezüchtet (Tagestemperatur 22 bis 24°C, Nachtemperatur 19°C; 65% relative Luftfeuchte). Nach 6 Wochen werden die Samen geerntet.
Beispiel 1: Wachstumsbedingungen der Pflanzen für gewebsspezifische RT-PCR Analyse
Um 4 bzw. 7 Tage alte Keimlinge zu erhalten, werden jeweils ungefähr 400 Samen (Arabidopsis thaliana Ökotyp Columbia) oberflächig mit einer 80%igen Ethanollösung für 2 Minuten sterilisiert, mit einer Natriumhypochloritlösung (0.5% v/v) 5 Minuten behandelt, dreimal mit destilliertem Wasser gewaschen und bei 4°C für 4 Tage inkubiert, um eine gleichmässige Keimung sicherzustellen. Anschliessend werden die Samen auf Petrischalen mit MS Medium (Sigma M5519) unter Zusatz von 1% Saccharose, 0.5 g/l MES (Sigma M8652), 0.8% Difco-BactoAgar (Difco 0140-01), pH 5.7 inkubiert. Die Sämlinge werden in einem 16-stündigen Licht/8-stündigen Dunkelheitszyklus (Philips 58W/33 Weisslichtlampen) bei 22°C gezüchtet und nach 4 Tagen nach Beginn der Keimphase geerntet.
Für die Gewinnung von Wurzeln werden 100 Samen wie oben beschrieben sterilisiert, bei 4°C 4 Tage inkubiert und dann in 250ml Flaschen mit MS Medium (Sigma M5519) unter Zusatz von weiteren 3% Saccharose und 0.5 g/l MES (Sigma M8652), pH 5.7 gezüchtet. Die Sämlinge werden in einem 16-stündigen Licht-/8-stündigen Dunkelheitszyklus (Philips 58W/33 Weisslichtlampen) bei 22°C, 120 U/min gezüchtet und nach 3 Wochen geerntet. Für alle anderen verwendeten pflanzlichen Organe werden die Samen auf Einheitserde (Typ VM, Manna-Italia, Via S. Giacomo 42, 39050 San Giacomo/Laives, Bolzano, Italien) ausgesäht, 4 Tage bei 4°C inkubiert um eine gleichmäßige Keimung zu gewährleisten und dann in einem 16-stündigen Licht-/8-stündigen Dunkelheitszyklus (OSRAM Lumi-lux Daylight 36W/12 Leuchtstoffröhren) bei 22°C gezüchtet. Junge Rosettenblätter werden im 8-Blattstadium (nach 3 Wochen) geerntet, reife Rosettenblätter werden nach 8-Wochen kurz vor der Stengelbildung geerntet. Blütenstände (Apices) der ausschießenden Stengel werden kurz nach dem Ausschießen geerntet. Stengel, Stengelblätter und Blütenknospen werden in der Entwicklungsstufe 12 (Bowmann J (ed.), Arabidopsis, Atlas of Morphology, Springer New York, 1995) vor der Staubblattentwicklung geerntet. Geöffnete Blüten werden in Stadium 14 sofort nach der Staubblattentwicklung geerntet. Welkende Blüten werden in Stadium 15 bis 16 geerntet. Die verwendeten grünen und gelben Schoten hatten eine Länge von 10 bis 13 mm.
Beispiel 2: Nachweis der gewebespezifischen Expression
Um die Eigenschaften des Promotors zu bestimmen und die essentiellen Elemente desselben, die seine Gewebespezifität ausmachen, zu identifizieren, ist es erforderlich, den Promotor selbst und verschiedene Fragmente desselben vor ein sogenanntes Reportergen zu setzen, das eine Bestimmung der Expressionsaktivität ermöglicht. Beispielhaft sei die bakterielle β-Glucuronidase genannt (Jefferson et al. (1987) EMBO J 6:3901–3907). Die β-Glucuronidase Aktivität kann in planta mittels eines chromogenen Substrates wie 5-Bromo-4-Chloro-3-Indolyl-β-D-Glucuronsäure im Rahmen einer Aktivitätsfärbung bestimmt werden (Jefferson et al. (1987) Plant Mol Biol Rep 5:387–405). Für die Untersuchungen der Gewebespezifität wird das pflanzliche Gewebe geschnitten, eingebettet, gefärbt und analysiert wie beschrieben (z.B. Bäumlein H et al. (1991) Mol Gen Genet 225:121–128).
Für die quantitative Aktivitätsbestimmung der β-Glucuronidase wird als Substrat MUG (Methylumbelliferylglucuronid) verwendet, das in MU (Methylumbelliferon) und Glucuronsäure gespalten wird. Unter alkalischen Bedingungen kann diese Spaltung quantitativ fluorometrisch verfolgt werden (Anregung bei 365 nm, Messung der Emission bei 455 nm; SpectroFluorimeter Thermo Life Sciences Fluoroscan) wie beschrieben (Bustos MM et al. (1989) Plant Gell 1:839–853).
Beispiel 3: Klonierung der Promotoren
Um die vollständigen Promotoren gemäß SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 11 und SEQ ID NO: 12 zu isolieren, wird ge nomische DNA aus Arabidopsis thaliana (Ökotyp Landsberg erecta) extrahiert wie beschrieben (Galbiati M et al. Funct. Integr. Genomics 2000, 20 1:25–34). Die isolierte DNA wird als Matrizen-DNA in einer PCR unter Verwendung folgender Oligonukleotid Primer-Kombinationen und annealing Temperaturen eingesetzt:
Die Amplifikation wird wie folgt durchgeführt:

80 ng genomische DNA
1X Expand^TM Long Template PCR Puffer
2,5 mM MgCl2,
je 350 μM von dATP, dCTP, dGTP und dTTP
je 300 nM eines jeden Primers
2,5 Units Expand^TM Long Template Polymerase (Roche Diagnostics). in einem Endvolumen von 25 μl

Folgendes Temperaturprogramm wird verwendet (PTC-100TM Modell QfiV; MJ Research, Inc., Watertown, Massachussetts):

1 Zyklus mit 120 sec bei 94°C

35 Zyklen mit 94°C für 10 sec, für 30 sec die in Tabelle 1 angegebene Temperatur

und 68°C für 3min.

1 Zyklus mit 68°C für 30 min 45
Für die Amplifikation der Fragmente wurden Oligonukleotide als Primer verwendet, die an ihren 5'-Termini Phosphatreste tragen. Dadurch ist eine direkte Klonierung der Promotoren in den mit der Restriktionendonuklease Smal geöffneten Vektor pS0301 (1) möglich. Der Vektor pS0301 enthält 3'der Smal Schnittstelle die kodierende Sequenz des GUS-Reportergens. Durch Klonierung der Promotorfragmente gemäß SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 11 und SEQ ID NO: 12 entstanden Genfusionen aus den Promotorfragmenten und der β-Glucuronidase (GUS).
Nach der Agrobakterium tumefaciens vermittelten Transformation dieser Konstrukte in das Genom von Arabidopsis thaliana kann die Expression des GUS Gens mittels histochemischer Färbemethoden visualisert werden.
Beispiel 4: TAIL-PCR
Die "TAIL-PCR" wird entsprechend einem adaptrierten Protokoll der Methode von Liu et al. (1995) Plant J 8(3):457–463 und Tsugeki et al. (1996) Plant J 10(3):479–489 durchgeführt (vgl. 9). Für eine erste PCR-Reaktion wird folgender Mastermixes (Angaben pro Reaktionsansatz) eingesetzt
11 μl steriles H2O (bidestilliert)
2 μl Primer-Stocklösung des spezifischen Primers 1 (5 mM)
3 μl AD2 Primer-Stocklösung (20 mM)
2 μl 10x-PCR-Puffer
2 μl 10xdNTP
0,2 μl Taq Polymerase
19 μl dieses Mastermixes werden in einem PCR-Gefäß zu 1 μl einer Präparation genomischer DNA des jeweiligen Zielorganismus (Präparation gemäß Galbiati M et al. (2000) Funct Integr Genozides 20(1):25–34)) hinzupipettiert und durch Pipettieren gut gemischt. Die primäre PCR-Reaktion wird unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

– 94°C für 1 min
– Vier Zyklen mit 94°C für 10s, 62°C für 1 min und 72°C für 150s
– 94°C für 10s, 25°C für 3 min, 0,2°C/s bis 72°C und 72°C für 150s
– Vierzehn Zyklen mit 94°C für 10s, 69°C für 1 min, 72°C für 150s, 94°C für 10s, 68°C für 1 min, 72°C für 150s, 94°C für 10s, 44°C für 1 min und 72°C für 150s
– 72°C für 5 min, dann 4°C bis zur Weiterverwendung.

Das Produkt der PCR-Reaktion wird 1:50 verdünnt und je 1 μl jeder verdünnten Probe wird für eine zweite PCR-Reaktion (sekundäre PCR) verwendet. Dazu wird folgender Mastermix (Angaben pro Reaktionsansatz) eingesetzt:
12 μl steriles H2O (bidestilliert)
2 μl 10x-PCR-Puffer (1,5 mM MgCl2)
2 μl 10xdNTP
2 μl Primer-Stocklösung des spezifischen Primers 2 (5 mM)
2 μl AD2 Primer-Stocklösung
0,2 μl Taq Polymerase
Je 20,2 μl des zweiten Mastermix werden zu je 1 μl des 1:50 verdünnten primären PCR-Produktes gegeben und die sekundäre PCR wird unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

– 11 Zyklen mit 94°C für 10s, 64°C für 1 min, 72°C für 150s, 94°C für 10s, 64°C für 1 min, 72°C für 150s, 94°C für 10s, 44°C für 1 min, 72°C für 150s,
– 72°C für 5min, dann 4°C bis zur Weiterverwendung.

Das PCR-Produkt der vorhergehenden Reaktion wird 1:10 verdünnt und je 1 μl jeder verdünnten Probe wird für eine dritte PCR-Reaktion (tertiäre PCR) verwendet. Dazu wird folgender Mastermix (Angaben pro Reaktionsansatz) eingesetzt:
18 μl steriles H2O (bidestilliert)
3 μl 10x-PCR-Puffer (1,5 mM MgCl2)
3 μl 10xdNTP
3 μl Primer-Stocklösung des spezifischen Primers 3 (5 mM)
3 μl AD2 Primer-Stocklösung
0,5 μl Taq Polymerase
Je 30,3 μl dieses Mastermixes werden zu je 1 μl des 1:10 verdünnten sekundären PCR-Produktes gegeben und die tertiäre PCR wird unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

– 19 Zyklen mit 94°C für 15s, 44°C für 1 min, 72°C für 150s,
– 72°C für 5 min, dann 4°C bis zur Weiterverwendung.

Von den Produkten der PCR 1, 2 und 3 jeder Probe werden je 5 μl auf einem 2%igen Agarosegel aufgetrennt. Diejenigen PCR-Produkte, die wegen der versetzten spezifischen Primer die erwartete Größenverringerung aufweisen, werden bei Bedarf aus dem Gel gereinigt und mit dem zuletzt verwendeten Primerpaar erneut amplifiziert und sequenziert.
Reagenzien:

Taq-Polymerase 5U/μl
10x PCR-Puffer (1,5 mM MgCl2)
10x dNTP-Stocklösung: 2 mM

Primer:

Degenerierte Zufallsprimer (Stocklösungen 20 μM):
AD1: 5'-NTCGA(G/C)T(A/T)T(G/C)G(A/T)GTT-3'
AD2: 5'-NGTCGA(G/C)(A/T)GANA(A/T)GAA-3'
AD5: 5'-(A/T)CAGNTG(A/T)TNGTNCTG-3'
Beispiel 6: Inverse PCR (iPCR) für die Amplifikation Insert-flankierdender DNA

Die "iPCR" wird entsprechend einem adaptierten Protokoll der Methode von Long et al.(1993) PNAS 90:10370 durchgeführt:

1. Restriktion von ca. 2 μg genomischer DNA mit BstYI für ca. 2h bei 37°C in einem Volumen von insgesamt 50 μl.
2. Ligation von 25 μl des Restriktionsansatzes in einem Gesamtvolumen von 300 μl mit 3U T4-DNA-Ligase bei 15°C über Nacht.
3. Phenol/Chloroform-Extraktion und anschließende Chloroform Extraktion des Ligationsansatzes. Nach Ethanolfällung DNA in 10 μl sterilem H2O (bidestilliert) aufnehmen.
4. Für die PCR 2,5 μl der DNA-Lösung einsetzen

Reaktionsansatz:

2,5 μl der DNA-Lösung
10 μl 10x PCR-Puffer
2 μl dNTP (je 10 mM im Gemisch)
5 μl Primer 1 (25pmol)
5 μl primer 2 (25pmol))
1,5 μl Taq-Polymerase
74 μl H2O (bidestilliert, steril)
auf 100 μl Gesamtvolumen

PCR-Protokoll: 4 min für 94°C. Dann 35 Zyklen mit 1 min für 94°C, 2 min für 55°C und 3 min für 72°C. Abschließend 8 min für 72°C, dann 4°C bis zur Weiterverwendung.
Das PCR-Produkt wird per Gelelektrophorese kontrolliert, aufreinigt und anschließend als PCR-Produkt sequenziert.
Beispiel 5: Quantifizierung der Promotoraktivität
Für die quantitative Aktivitätsbestimmung wird als Substrat der β-Glucuronidase MUG (Methylumbelliferylglucuronid) verwendet, das in MU (Methylumbelliferon) und Glucuronsäure gespalten wird. Unter alkalischen Bedingungen kann diese Spaltung quantitativ fluorometrisch verfolgt werden (Anregung bei 365 nm, Messung der Emission bei 455 nm; SpectroFluorimeter Thermo Life Sciences Fluoroscan) wie beschrieben (Bustos MM et al. (1989) Plant Cell 1:839–853).
Zur Messung der GUS Enzymaktivität wurden 25 mg Pflanzengewebe gemörsert und mit Extraktionspuffer (50 mM Na Phosphat, pH 7; 10 mM Mecaptoethanol; 10 mM EDTA; 0,1% Triton) gemischt. Das unlösliche Pflanzenmaterial wurde durch Zentrifugation (10000g; 10min) sedimentiert. Je 10 μl des Überstandes wurden in Multititerplatten zur Messung der GUS-Enzymaktivität vorgelegt. Nach der Zugabe von 90 μl Reaktionspuffer (Extraktionspuffer + 2 mM Methylumbelliferyl-β-D-glucuronid) wurde die Entstehung von Methylumbelliferon (MU) pro Minute fluorimetrisch (Anregungswellenlänge: 320 nm; Emissionswellenlänge: 405 nm) im Bezug zu einer Eichreihe von 10 bis 5000 pmol MU bestimmt. Die Werte wurden auf die nach Bradford bestimmte Proteinmenge bezogen.

Es folgt ein Sequenzprotokoll nach WIPO St. 25. Dieses kann von der amtlichen Veröffentlichungsplattform des DPMA heruntergeladen werden.

Claims

Verfahren zur gezielten, transgenen Expression von Nukleinsäuresequenzen in Blütengeweben von Pflanzen, wobei nachfolgende Schritte umfasst sind I. Einbringen einer transgenen Expressionskassette in pflanzliche Zellen, wobei die transgene Expressionskassette mindestens nachfolgende Elemente enthält a) mindestens eine Promotorsequenz ausgewählt aus der Gruppe von Sequenzen bestehend aus i) den Promotorsequenzen gemäß SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 11 und SEQ ID NO: 12 und ii) funktionellen Äquivalenten der Promotorsequenzen gemäß SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8 und SEQ ID NO: 9 mit im wesentlichen der gleichen Promotoraktivität wie ein Promotor gemäß SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 11 und SEQ ID NO: 12 und iii) funktionell äquivalenten Fragmenten der Sequenzen unter i) oder ii) mit im wesentlichen der gleichen Promotoraktivität wie eine Promotorsequenz gemäß i) oder ii) und b) mindestens eine weitere Nukleinsäuresequenz, und c) gegebenenfalls weitere genetische Kontrollelemente, wobei mindestens eine Promotorsequenz und eine weitere Nukleinsäuresequenz funktionell miteinander verknüpft sind und die weitere Nukleinsäuresequenz in Bezug auf die Promotorsequenz heterolog ist, und II. Auswahl von transgenen Zellen, die besagte Expressionskassette stabil in das Genom integriert enthalten, und III. Regeneration von vollständigen Pflanzen aus besagten transgenen Zellen, wobei mindestens eine der weiteren Nukleinsäuresequenz in im wesentlichen allen Blütengeweben exprimiert wird.
Verfahren zur Identifikation und/oder Isolation von Promotoren von Genen, die für einen Promotor mit Spezifität für Blütengewebe kodieren, wobei bei der Identifikation und/oder Isolation mindestens eine Nukleinsäuresequenz oder ein Teil derselben zum Einsatz kommt, wobei besagte Nukleinsäuresequenz für eine Aminosäuresequenz kodiert, die mindestens einen Teil der Sequenzen gemäß Acc. No. NP 198322, NP 568418, NP 173985, NP 195236, NP 187079, NP 568655 oder eine Variation dieser Sequenzen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verfahren unter Einsatz der Polymerasekettenreaktion durchgeführt wird und die besagte Nukleinsäuresequenz oder ein Teil derselben als Primer eingesetzt wird.
Verfahren zur Herstellung einer transgenen Expressionskassette mit Spezifität für Blütengewebe, umfassend nachfolgende Schritte: I. Isolation eines Promotors mit Spezifität für Blütengewebe, wobei bei der Isolation mindestens eine Nukleinsäuresequenz oder ein Teil derselben zum Einsatz kommt, wobei besagte Nukleinsäuresequenz für eine Aminosäuresequenzen kodiert, die mindestens eine Sequenz gemäß Acc. No. NP 198322, NP 568418, NP 173985, NP 195236, NP 187079, NP 568655 oder eine Variation dieser Sequenzen umfasst; II. funktionelle Verknüpfung besagten Promotors mit einer weiteren Nukleinsäuresequenz, wobei besagte Nukleinsäuresequenz in Bezug auf den Promotor heterolog ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verfahren unter Einsatz der Polymerasekettenreaktion durchgeführt wird und die besagte Nukleinsäuresequenz oder ein Teil derselben als Primer eingesetzt wird.
Transgene Expressionskassette zur gezielten, transgenen Expression von Nukleinsäuresequenzen in Blütengeweben von Pflanzen, umfassend a) mindestens eine Promotorsequenz ausgewählt aus der Gruppe von Sequenzen bestehend aus i) den Promotorsequenzen gemäß SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 11 und SEQ ID NO: 12 und ii) funktionellen Äquivalenten der Promotorsequenzen gemäß SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8 und SEQ ID NO: 9 mit im wesentlichen der gleichen Promotoraktivität wie ein Promotor gemäß SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 11 und SEQ ID NO: 12 und iii) funktionell äquivalenten Fragmenten der Sequenzen unter i) oder ii) mit im wesentlichen der gleichen Promotoraktivität wie eine Promotorsequenz gemäß i) oder ii) und b) mindestens eine weitere Nukleinsäuresequenz, und c) gegebenenfalls weitere genetische Kontrollelemente, wobei mindestens eine Promotorsequenz und eine weitere Nukleinsäuresequenz funktionell miteinander verknüpft sind und die weitere Nukleinsäuresequenz in Bezug auf die Promotorsequenz heterolog ist.
Transgene Expressionskassette nach Anspruch 6, wobei a) die zu exprimierende Nukleinsäuresequenz mit weiteren genetischen Kontrollsequenzen funktionell verknüpft ist, oder b) die Expressionskassette zusätzliche Funktionselemente enthält, oder c) a) und b) gegeben sind.
Transgene Expressionskassette nach Anspruch 6 oder 7, wobei die transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz a) die Expression eines von besagter Nukleinsäuresequenz kodierten Proteins, oder b) die Expression eines von besagter Nukleinsäuresequenz kodierter sense-RNA, anti-sense-RNA oder doppelsträngigen RNA ermöglicht.
Transgene Expressionskassette nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz ausgewählt ist aus der Gruppe von Nukleinsäuresequenzen kodierend für Chalconsynthasen, Phenylalaninam moniumlyasen, Photolyasen, Deoxyxylulose-5-phosphatsynthasen, Phytoensynthasen, Phytoendesaturasen, Lycopincyclasen, Hydroxylasen, "antifreeze"-Polypeptide, CBF1-Transkriptionsaktivatoren, Glutamatdehydrogenasen, Calcium-abhängigen Proteinkinasen, Calcineurin, Farnesyltransferasen, Ferritin, Oxalatoxidasen, DREBIA-Faktor, Trehalosephosphatphosphatasen, Chitinasen, Glucanasen, Ribosom-inaktivierende Protein, Lysozyme, Bacillus thuringiensis Endotoxine, Amylaseinhibitoren, Proteaseinhibitoren, Lectinen, RNAsen, Ribozymen, Endochitinase, Cytochrom P-450, Acetyl-CoA Carboxylasen, Aminosäure-Transporter, Monosaccharid-Transporter, Lycopincyklasen, Carotinketolasen, Endoxyloglucantransferasen, Δ6-Acyllipiddesaturasen, Δ6-Desaturasen, Δ5-Fettsäuredesaturase, Δ6-Elongasen und IPP-Isomerasen.
Transgene Expressionskassette nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz ausgewählt ist der Gruppe von Nukleinsäuresequenzen beschrieben durch GenBank Acc.-No.: M20308, BAB00748, U62549, U77378, S78423, U32624, L25042, X92657, AJ002399, D45881, AF163819, AB044391, AJ222980 und AF078796.
Transgener Expressionsvektor enthaltend eine Expressionskassette gemäss einem der Ansprüche 6 bis 10.
Transgener Organismus transformiert mit einer Expressionskassette gemäß den Ansprüchen 6 bis 10 oder einem Expressionsvektor gemäß Anspruch 11.
Transgener Organismus nach Anspruch 12 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bakterien, Hefen, Pilzen, nicht-menschlichen tierischen und pflanzlichen Organismen oder von diesen abgeleitete Zellen, Zellkulturen, Teile, Gewebe, Organe oder Vermehrungsgut.
Transgener Organismus nach Anspruch 12 oder 13 ausgewählt aus der Gruppe der landwirtschaftlichen Nutzpflanzen.
Verwendung eines transgenen Organismus nach einem der Ansprüche 12 bis 14 oder von diesem abgeleitete Zellen, Zellkulturen, Teile, Gewebe, Organe oder Vermehrungsgut zur Herstellung von Nahrungs-, Futtermitteln, Saatgut, Pharmazeutika oder Feinchemikalien.
Verfahren zur Herstellung von Pharmazeutika oder Feinchemikalien in transgenen Organismen nach einem der Ansprüche 12 bis 14 oder von diesem abgeleitete abgeleitete Zellen, Zellkulturen, Teile, Gewebe, Organe oder Vermehrungsgut, wobei der transgene Organismus oder von diesem abgeleitete abgeleitete Zellen, Zellkulturen, Teile, Gewebe, Organe oder Vermehrungsgut gezüchtet oder kulti viert werden und das gewünschte Pharmazeutikon oder die gewünschte Feinchemikalie isoliert werden.